Bui Nhat Minh
Intern Writer
Một số ý tưởng khoa học xuất sắc nhất đôi khi lại đến từ quá khứ. Trong lịch sử, nhiều phát minh từng bị lãng quên nhưng sau đó được hồi sinh nhờ công nghệ hiện đại. Lý thuyết nhật tâm từng được nhà thiên văn Hy Lạp Aristarchus of Samos nêu ra từ hơn 1.800 năm trước khi trở thành nền tảng của cuộc cách mạng khoa học sau này. Tương tự, thuyết vi trùng của Louis Pasteur cũng có nhiều điểm giống với những ý tưởng mà bác sĩ người Ý Girolamo Fracastoro từng đề cập từ thế kỷ 16.
Trong lĩnh vực năng lượng, một câu chuyện tương tự đang diễn ra với loại pin niken sắt được phát minh bởi Thomas Edison vào năm 1901. Vào đầu thế kỷ 20, Edison muốn tạo ra một loại pin đáng tin cậy và rẻ hơn so với pin axit chì. Ông hy vọng công nghệ này có thể giúp những chiếc xe điện đầu tiên, chẳng hạn như xe của hãng Detroit Electric, di chuyển xa hơn.
Tuy nhiên, thời điểm đó động cơ đốt trong phát triển nhanh chóng và nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường ô tô. Pin niken sắt của Edison vì thế dần bị bỏ quên.
Hơn một thế kỷ sau, một nhóm các nhà khoa học quốc tế đang quay lại ý tưởng này. Bằng cách áp dụng công nghệ nano hiện đại, họ đã tạo ra một phiên bản pin niken sắt mới có thể sạc cực nhanh và bền hơn đáng kể. Nghiên cứu về loại pin này đã được công bố trên tạp chí khoa học Small.
Dựa trên nguyên lý đó, nhóm nghiên cứu tìm cách tạo ra các cụm kim loại niken và sắt cực nhỏ nhằm tăng diện tích bề mặt cho các phản ứng hóa học trong pin. Diện tích bề mặt càng lớn, phản ứng điện hóa càng diễn ra nhanh và hiệu quả.
Trong quá trình chế tạo, các nhà khoa học trộn protein có nguồn gốc từ bò với oxit graphene một vật liệu hai chiều cực mỏng. Sau đó, hỗn hợp được nung nóng ở nhiệt độ cao. Quá trình này loại bỏ oxy và tạo ra các cụm kim loại siêu nhỏ, phần lớn chỉ rộng khoảng 5 nanomet, thậm chí có trường hợp chỉ gồm một nguyên tử.
Kết quả cuối cùng là một cấu trúc aerogel, trong đó tới 99% thể tích là không khí. Nhờ cấu trúc siêu xốp này, gần như mọi nguyên tử đều có thể tham gia phản ứng điện hóa.
Theo các nhà nghiên cứu, điều đó giúp pin sạc nhanh hơn rất nhiều so với thiết kế cũ. Thậm chí trong một số thử nghiệm, pin có thể sạc đầy chỉ trong vài giây và duy trì hiệu suất sau khoảng 12.000 chu kỳ sạc.
Dù vậy, loại pin này vẫn chưa vượt qua pin lithium ion về dung lượng lưu trữ tổng thể. Tuy nhiên, nó có thể trở thành giải pháp hấp dẫn cho các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn, chẳng hạn như các trang trại điện mặt trời cần lưu trữ điện dư thừa vào ban ngày để sử dụng vào ban đêm.
Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng sạch ngày càng tăng, các nhà khoa học đang tìm kiếm nhiều giải pháp lưu trữ khác nhau. Pin niken sắt thế hệ mới, nếu được sản xuất ở quy mô công nghiệp, có thể trở thành một đối thủ đáng gờm trong tương lai.
Có lẽ giấc mơ về loại pin lý tưởng của Edison cuối cùng cũng có thể trở thành hiện thực dù theo một cách mà chính ông cũng khó có thể tưởng tượng được.(popularmechanics)
Trong lĩnh vực năng lượng, một câu chuyện tương tự đang diễn ra với loại pin niken sắt được phát minh bởi Thomas Edison vào năm 1901. Vào đầu thế kỷ 20, Edison muốn tạo ra một loại pin đáng tin cậy và rẻ hơn so với pin axit chì. Ông hy vọng công nghệ này có thể giúp những chiếc xe điện đầu tiên, chẳng hạn như xe của hãng Detroit Electric, di chuyển xa hơn.
Tuy nhiên, thời điểm đó động cơ đốt trong phát triển nhanh chóng và nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường ô tô. Pin niken sắt của Edison vì thế dần bị bỏ quên.
Hơn một thế kỷ sau, một nhóm các nhà khoa học quốc tế đang quay lại ý tưởng này. Bằng cách áp dụng công nghệ nano hiện đại, họ đã tạo ra một phiên bản pin niken sắt mới có thể sạc cực nhanh và bền hơn đáng kể. Nghiên cứu về loại pin này đã được công bố trên tạp chí khoa học Small.
Công nghệ nano giúp pin sạc trong vài giây
Để cải thiện thiết kế ban đầu của Edison, các nhà nghiên cứu đã tìm cảm hứng từ chính thế giới sinh học. Họ quan sát cách các protein trong cơ thể động vật giúp hình thành các cụm khoáng chất khi xây dựng xương.Dựa trên nguyên lý đó, nhóm nghiên cứu tìm cách tạo ra các cụm kim loại niken và sắt cực nhỏ nhằm tăng diện tích bề mặt cho các phản ứng hóa học trong pin. Diện tích bề mặt càng lớn, phản ứng điện hóa càng diễn ra nhanh và hiệu quả.
Trong quá trình chế tạo, các nhà khoa học trộn protein có nguồn gốc từ bò với oxit graphene một vật liệu hai chiều cực mỏng. Sau đó, hỗn hợp được nung nóng ở nhiệt độ cao. Quá trình này loại bỏ oxy và tạo ra các cụm kim loại siêu nhỏ, phần lớn chỉ rộng khoảng 5 nanomet, thậm chí có trường hợp chỉ gồm một nguyên tử.
Kết quả cuối cùng là một cấu trúc aerogel, trong đó tới 99% thể tích là không khí. Nhờ cấu trúc siêu xốp này, gần như mọi nguyên tử đều có thể tham gia phản ứng điện hóa.
Theo các nhà nghiên cứu, điều đó giúp pin sạc nhanh hơn rất nhiều so với thiết kế cũ. Thậm chí trong một số thử nghiệm, pin có thể sạc đầy chỉ trong vài giây và duy trì hiệu suất sau khoảng 12.000 chu kỳ sạc.
Dù vậy, loại pin này vẫn chưa vượt qua pin lithium ion về dung lượng lưu trữ tổng thể. Tuy nhiên, nó có thể trở thành giải pháp hấp dẫn cho các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn, chẳng hạn như các trang trại điện mặt trời cần lưu trữ điện dư thừa vào ban ngày để sử dụng vào ban đêm.
Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng sạch ngày càng tăng, các nhà khoa học đang tìm kiếm nhiều giải pháp lưu trữ khác nhau. Pin niken sắt thế hệ mới, nếu được sản xuất ở quy mô công nghiệp, có thể trở thành một đối thủ đáng gờm trong tương lai.
Có lẽ giấc mơ về loại pin lý tưởng của Edison cuối cùng cũng có thể trở thành hiện thực dù theo một cách mà chính ông cũng khó có thể tưởng tượng được.(popularmechanics)
