Mới đây, các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Stanford đã chế tạo thành công thế hệ pin li-ion mới với thời lượng sử dụng cao gấp 3 lần so với công nghệ hiện tại.
Đây là tiến bộ vượt bậc trong kỹ thuật chế tạo pin, không chỉ cho phép nâng cao hiệu suất hoạt động của thiết bị điện tử như smartphone, máy tính bảng,… mà còn có thể được áp dụng cho cả những thế hệ xe điện trong tương lai không xa.
Trên lý thuyết, một hệ thống pin gồm có 3 thành phần chính là anode (cực dương), cathode (cực âm) và chất điện phân. Đối với các thế hệ pin li-ion hiện nay, nếu anode được chế tạo bằng lithium nguyên chất sẽ cho phép nâng cao thời lượng sử dụng lên rất nhiều lần. Tuy nhiên vấn đề lớn nhất chính là lithium có thể phản ứng với chất điện phân, tỏa nhiệt làm nóng viên pin hoặc thậm chí là phát nổ. Do đó, phần lớn các thế hệ pin hiện tại đều sử dụng than chì hoặc silic làm cực dương.
Và cuối cùng, các nhà nghiên cứu tại Stanford đã tìm được cách khắc phục nhược điểm trên bằng cách “gói” lithium trong lớp vỏ bảo vệ đặc biệt mang tên “bức tường nano carbon dạng tổ ong” nhằm ngăn chặn phản ứng giữa anode lithium và chất điện phân gây mất ổn định trong quá trình vận hành của hệ thống pin. Đồng thời, thiết kế bề mặt theo dạng tổ ong còn giúp tăng mật độ điện tích trên bề mặt anode cao hơn nhiều so với thiết kế hiện tại.Theo nhóm nghiên cứu, điều này cho phép nâng hiệu suất hoạt động của pin li-ion lên tới 99% và hoàn toàn có thể đưa vào thương mại hóa trên quy mô lớn.
Theo kỹ sư Yi Cui, người dẫn đầu nhóm nghiên cứu cho biết: “Trong tất cả những vật liệu chế tạo anode, lithium là lựa chọn hoàn hảo nhất và có thể được gọi là Chén Thánh trong kỹ thuật chế tạo pin. Điều này cho phép có thể chế tạo các thế hệ pin trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ nhưng vẫn đảm bảo thời lượng, hiệu suất và độ ổn định cực cao.” Trong một thử nghiệm kiểm chứng, mẫu pin với anode lithium có thể cho thời lượng sử dụng dụng cao hơn gấp 3 lần so với hiện tại.
Theo ước tính của nhóm nghiên cứu, một hệ thống pin anode lithium có giá 25.000 đô la sẽ cung cấp đủ năng lượng cho một chiếc xe điện hoạt động liên tục trong suốt hành trình dài gần 500 km sau mỗi lần sạc đầy. Trên quy mô nhỏ hơn, nếu thế hệ pin trên được trang bị cho các thiết bị di động sẽ giúp tăng thời lượng sử dụng lên gấp đôi thậm chí là gấp 3 so với các mẫu pin hiện tại với cùng kích thước.
Theo kế hoạch, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục hoàn thiện kỹ thuật sản xuất pin nói trên với mục tiêu giảm tối đa giá thành chế tạo, nâng hiệu suất lên cao hơn nữa và sẽ sẵn sàng cho thương mại hóa trong tương lai không xa. Đây thật sự là một bước tiến hết sức ý nghĩa góp phần giải quyết được vấn đề cố hữu trên các thiết bị điện tử hiện nay – vấn đề về thời lượng pin.
Theo Tinhte, Phys, Nature