Phát hiện 'đối thủ' đáng gờm của pin Lithium-ion trong tương lai

Nếu sử dụng điện thoại thông minh (smartphone) hay máy tính xách tay (laptop) ở thời điểm hiện tại, cuộc sống của con người gần như sẽ phụ thuộc vào pin Lithium-ion. Nhưng sau thời gian sử dụng, loại pin này không thể sạc được nữa. Không những thế, nguyên liệu Lithium-ion thì khan hiếm và cực kì có hại cho môi trường khi khai thác, chưa kể dễ gây cháy nổ.

Các nhà khoa học đang cố gắng phát triển sản phẩm pin mới có khả năng thay thế pin Lithium-ion trong tương lai. Ảnh minh họa

Đại đa số thiết bị điện tử tiêu dùng và lưu trữ năng lượng đều dựa vào pin Lithium-ion vì hiện chưa có sự thay thế nào tốt hơn.

Tuy nhiên, sau rất nhiều nỗ lực tìm kiếm phương án thay thế loại pin nói trên, Viện hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ công bố một nghiên cứu về loại pin mới có thể cạnh tranh với Lithium-ion. Đó chính là pin kim loại Kali - loại pin có ưu điểm dễ khai thác và hoạt động với hiệu suất cao hơn.

Giáo sư kỹ thuật cơ khí Nikhil Koratkar (thuộc Viện Rensselaer Polytechnic) cho biết, pin Kali trước đây hoạt động không tốt bằng Lithium-ion, nhưng nhóm nghiên cứu đã tìm ra cách chế tạo pin Kali an toàn và hiệu quả hơn.

Cơ chế hoạt động của pin thực chất là phản ứng hóa học khép kín được tạo thành từ hai điện cực - cực dương và cực âm - với chất điện phân kẹp giữa. Khi bắt đầu sạc pin, một dòng electron bắt đầu chảy từ cực âm sang dương.

Trong pin Lithium-ion, cực dương làm từ hợp chất Lithium ghép nối với cực âm bằng than chì. Nếu các nhà nghiên cứu chỉ đơn giản thay cực dương hoặc cực âm bằng Kali thì hiệu suất sẽ giảm đi đáng kể. Vì Kali nặng hơn và năng lượng vốn cũng ít hơn. Nhóm của Koratkar cố gắng nâng cao hiệu suất pin Kali hơn hẳn so với Lithium-ion thương mại bằng cách thay thế cả cực âm lẫn cực dương bằng kim loại Kali.

Tuy nhiên, có một khó khăn các nhà nghiên cứu pin Kali hầu như đều gặp phải, đó là sự phát triển của đuôi gai kim loại. Sau thời gian, chúng phá vỡ cấu trúc bên trong pin, dẫn đến chập pin và gây ra cháy nổ. Và nhóm của Koratkar đã tìm ra cách khắc phục nhược điểm trên bằng quy trình tự phục hồi.

Bằng cách vận hành pin với tốc độ sạc và xả tương đối cao, họ có thể kiểm soát chính xác mức nhiệt trong pin lên mức Kali không tan chảy nhưng đủ để kích hoạt khuếch tán bề mặt, nhằm đẩy kim loại sang phần đuôi gai và làm mịn nó ra.

Trên thế giới hiện có nhóm các nước, vùng lãnh thổ dẫn đầu về pin lithium-ion là Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, tiếp đó là Đài Loan, Trung Quốc. Ở Việt Nam, chỉ mới có một số doanh nghiệp start-up sản xuất pin lithium-ion trên cơ sở nhập lõi pin từ nước ngoài về, lắp ráp thành phẩm. Trong nước chưa có doanh nghiệp nào có dây chuyền sản xuất pin lithium-ion trọn vẹn từ sản xuất hóa chất cho tới ra sản phẩm pin cuối cùng.

Vũ Đậu (T/h)