Một chất điện phân mới cho phép sử dụng điện cực bằng kim loại trong pin lithium, thay cho điện cực bằng than chì như hiện nay, tạo ra công suất lớn hơn và vòng đời dài hơn.
Pin Lithium-ion giúp cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử nhẹ có tính di động cao mà chúng ta thấy ngày nay, và cũng là nguồn năng lượng giúp xe điện chạy trên đường. Và các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đang tiếp tục tìm cách vượt qua các giới hạn công nghệ pin để đạt được mật độ năng lượng (tức lượng năng lượng có thể lưu trữ trong một khối lượng vật liệu nhất định) ngày càng lớn, nhằm cải thiện hiệu suất của các thiết bị hiện có và cung cấp năng lượng cho các thiết bị tương lai, như máy bay đường dài không người lái và robot.
Pin lithium trong xe điện của Porche.
Pin lithium hiện nay được cấu tạo từ các thành phần chính: Cực âm - bộ phận xác định dung lượng và điện áp của pin, và là nguồn cung cấp các ion lithium; Cực dương lưu trữ các ion lithium đi từ cực âm sang khi pin được sạc; Chất điện phân được tạo thành từ muối, dung môi và chất phụ gia, đóng vai trò như đường dẫn các ion giữa cực âm và cực dương. |
Một cách tiếp cận đầy hứa hẹn là sử dụng các điện cực làm bằng kim loại thay cho than chì thông thường. Tuy nhiên, nếu sử dụng điện cực kim loại thì sẽ gặp phải một loạt các phản ứng hóa học không mong muốn xảy ra với chất điện phân trong pin. Giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu tại MIT đã tìm ra một chất điện phân mới khắc phục được vấn đề này, cho phép sử dụng điện cực kim loại và có thể tạo ra bước nhảy vọt về công suất trên trọng lượng pin, mà không làm giảm tuổi thọ pin.
Nghiên cứu vừa được báo cáo trên tạp chí Nature Energy. Các nhà nghiên cứu cho biết phát hiện này giúp pin lithium-ion, loại pin hiện có thể lưu trữ khoảng 260 watt-giờ trong một kg pin, có thể lưu trữ khoảng 420 watt-giờ trong một kg.
Nguyên liệu thô cơ bản cho chất điện phân không đắt và quá trình tạo ra nó rất đơn giản. Vì vậy, có thể nhanh chóng đưa vào ứng dụng thực tế, các nhà nghiên cứu nói.
Johnson, giáo sư hóa học, giải thích: bản thân chất điện phân này không mới. Nó đã được một số thành viên của nhóm phát triển cách đây vài năm, nhưng dành cho một ứng dụng khác. Chất điện phân này vốn là một phần trong nỗ lực phát triển pin lithium-air - được coi là giải pháp khả dĩ nhất để tối đa hóa mật độ năng lượng của pin, nhưng vẫn còn rất nhiều trở ngại trong việc phát triển pin lithium-air, và phải nhiều năm nữa nó mới thành hiện thực. Trong khi đó, việc áp dụng chất điện phân này vào pin lithium-ion, với các điện cực kim loại, có thể nhanh chóng tạo ra một loại pin hiệu quả hơn.
Nhóm đã phát triển các chất điện phân dựa trên sulfonamide. Thông thường, điện cực sẽ nứt và phá vỡ hiệu suất khi sử dụng với các chất điện phân thông thường. Nhưng sử dụng chất điện phân mới đã làm giảm đáng kể sự thoái hóa nứt do ăn mòn do co giãn này. “Thật là sốc khi thấy rằng, chỉ thay đổi chất điện phân, tất cả các vết nứt sẽ biến mất”, nhóm nghiên cứu cho biết. Họ cũng phát hiện ra rằng hình thái của vật liệu điện phân trở nên bền vững hơn nhiều.
Bước tiếp theo là mở rộng quy mô sản xuất để chất điện phân mới có giá cả phải chăng hơn. Hiện tại, hợp chất trung gian sử dụng để tổng hợp chất điện phân rất đắt tiền, nhưng theo Jeremiah Johnson, một đồng tác giả bài báo, “nếu chúng ta có thể cho thế giới thấy đây là một chất điện phân tuyệt vời cho điện tử tiêu dùng, giá sẽ giảm khi quy mô mở rộng”.
Vì đây chỉ là sự thay thế chất điện phân hiện có và không yêu cầu thiết kế lại toàn bộ hệ thống pin, có thể triển khai nhanh chóng công nghệ này và thương mại hóa trong vòng một vài năm.
Nguồn: