Bui Nhat Minh
Intern Writer
Thêm nữa: nó không phát nổ!
Pin lithium-ion là xương sống của các thiết bị di động và ô tô điện, nhưng lithium có thể đắt tiền và dễ nổ.
Pin proton - loại pin sử dụng nhiều vật liệu hơn - được coi là giải pháp thay thế tốt và vật liệu anot mới có thể giúp khắc phục một số nhược điểm của pin này, chẳng hạn như phạm vi điện áp hạn chế.
Vật liệu mới này có thể chịu được 3.500 chu kỳ sạc, duy trì dung lượng cao và hoạt động trong thời tiết lạnh hơn, nhưng các nhà khoa học vẫn cần cải thiện chi phí sản xuất và hiệu suất cực âm trước khi pin proton có thể trở nên phổ biến.
Pin lithium-ion là loại pin hàng đầu trong thế giới pin. Công nghệ 50 năm tuổi này tạo thành xương sống điện tử của hàng tỷ thiết bị di động trên toàn thế giới và là ứng cử viên hàng đầu hiện nay trong việc cung cấp năng lượng cho tương lai của xe điện trên thế giới. Nhưng điều đó không có nghĩa là không có sự cạnh tranh.
Khi nói đến việc lưu trữ năng lượng tái tạo, ví dụ, các khái niệm khác như pin sắt-không khí (sử dụng quá trình oxy hóa để lưu trữ năng lượng) có khả năng là lựa chọn tốt hơn so với pin lithium đắt tiền và dễ nổ hơn . Và ngày càng có nhiều lựa chọn hơn được khám phá. Ví dụ, ý tưởng về pin proton —sử dụng proton tách ra từ nước sau đó liên kết với điện cực carbon —đang bắt đầu trở nên phổ biến. Đây là tin tốt, vì pin proton không yêu cầu các nguyên tố hiếm như lithium. Và hiện tại, các nhà khoa học tại Đại học New South Wales (UNSW) Sydney muốn đưa chúng trở nên phổ biến.
“Pin proton có nhiều lợi ích”, Sicheng Wu, ứng viên tiến sĩ tại UNSW Sydney, cho biết trong một tuyên bố báo chí . “Nhưng vật liệu điện cực hiện tại được sử dụng cho pin proton, một số được làm từ vật liệu hữu cơ , một số khác từ kim loại, rất nặng”, và vẫn có giá khá cao.
Ngoài chi phí này, một số ít điện cực carbon hiện có có phạm vi điện áp hạn chế và cả hai nhược điểm này hiện khiến pin proton không phù hợp để thay thế pin lithium-ion thực sự. Tuy nhiên, các nhà khoa học của UNSW Sydney đã phát triển một điện cực carbon mới có tên là tetraamino-benzoquinone (TABQ) để khắc phục vấn đề này. Đầu tiên, nhóm nghiên cứu bắt đầu với một phân tử nhỏ có tên là Tetrachloro-benzoquinone (TCBQ), không có thế oxy hóa khử đủ cao để làm cực âm hoặc thế đủ
Vì vậy, nhóm của Wu đã thay thế bốn nhóm chloro- trong phân tử bằng nhóm amino- (do đó đổi tên), và phát hiện ra rằng điện thế thấp hơn thu được khiến TABQ trở thành ứng cử viên anot tuyệt vời và cải thiện khả năng lưu trữ proton của vật liệu . Trong khi vẫn được ghép nối với catot TCBQ, pin hoàn toàn hữu cơ có thể duy trì 3.500 chu kỳ sạc đầy, duy trì dung lượng cao và hoạt động tốt trong điều kiện lạnh—một tác dụng phụ hữu ích, vì chúng ta sẽ cần các trang trại pin, đặc biệt là ở những vùng lạnh hơn, tối hơn trên thế giới, và lithium mất hiệu quả khi trời quá lạnh.
Ồ, và một lợi ích nữa: chúng không phát nổ.
“Chất điện phân trong pin lithium-ion được làm từ muối lithium, một dung môi dễ cháy và do đó là mối quan tâm lớn”, Chuan Zhao, giáo sư tại UNSW Sydney, cho biết trong một tuyên bố báo chí. “Trong trường hợp của chúng tôi, chúng tôi có cả hai điện cực được làm từ các phân tử hữu cơ và ở giữa chúng tôi có dung dịch nước, làm cho pin nguyên mẫu của chúng tôi nhẹ, an toàn và giá cả phải chăng”.
Trong khi TABQ là một cực dương nổi bật, nhóm nghiên cứu thừa nhận rằng TCBQ được sử dụng trong cực âm —không có thế oxy hóa khử cao nhất —sẽ cần được cải thiện tiếp theo. Có thể sẽ còn nhiều việc phải làm nếu pin proton có bất kỳ hy vọng nào trong việc hạ bệ lithium để trở thành loại pin được lựa chọn của cuộc cách mạng xanh.
“Chúng tôi đã thiết kế một vật liệu anode rất tốt,” Wu cho biết, “và công việc trong tương lai sẽ chuyển sang phía catot. Chúng tôi sẽ tiếp tục thiết kế các vật liệu hữu cơ mới có phạm vi thế oxy hóa khử cao hơn để tăng điện áp đầu ra của pin. Để tăng cường việc sử dụng năng lượng tái tạo , chúng tôi phải phát triển một số công nghệ tích hợp năng lượng hiệu quả hơn và thiết kế pin proton của chúng tôi là một thử nghiệm đầy hứa hẹn.” (popularmechanics)
Pin lithium-ion là xương sống của các thiết bị di động và ô tô điện, nhưng lithium có thể đắt tiền và dễ nổ.
Pin proton - loại pin sử dụng nhiều vật liệu hơn - được coi là giải pháp thay thế tốt và vật liệu anot mới có thể giúp khắc phục một số nhược điểm của pin này, chẳng hạn như phạm vi điện áp hạn chế.
Vật liệu mới này có thể chịu được 3.500 chu kỳ sạc, duy trì dung lượng cao và hoạt động trong thời tiết lạnh hơn, nhưng các nhà khoa học vẫn cần cải thiện chi phí sản xuất và hiệu suất cực âm trước khi pin proton có thể trở nên phổ biến.
Pin lithium-ion là loại pin hàng đầu trong thế giới pin. Công nghệ 50 năm tuổi này tạo thành xương sống điện tử của hàng tỷ thiết bị di động trên toàn thế giới và là ứng cử viên hàng đầu hiện nay trong việc cung cấp năng lượng cho tương lai của xe điện trên thế giới. Nhưng điều đó không có nghĩa là không có sự cạnh tranh.
Khi nói đến việc lưu trữ năng lượng tái tạo, ví dụ, các khái niệm khác như pin sắt-không khí (sử dụng quá trình oxy hóa để lưu trữ năng lượng) có khả năng là lựa chọn tốt hơn so với pin lithium đắt tiền và dễ nổ hơn . Và ngày càng có nhiều lựa chọn hơn được khám phá. Ví dụ, ý tưởng về pin proton —sử dụng proton tách ra từ nước sau đó liên kết với điện cực carbon —đang bắt đầu trở nên phổ biến. Đây là tin tốt, vì pin proton không yêu cầu các nguyên tố hiếm như lithium. Và hiện tại, các nhà khoa học tại Đại học New South Wales (UNSW) Sydney muốn đưa chúng trở nên phổ biến.
“Pin proton có nhiều lợi ích”, Sicheng Wu, ứng viên tiến sĩ tại UNSW Sydney, cho biết trong một tuyên bố báo chí . “Nhưng vật liệu điện cực hiện tại được sử dụng cho pin proton, một số được làm từ vật liệu hữu cơ , một số khác từ kim loại, rất nặng”, và vẫn có giá khá cao.
Ngoài chi phí này, một số ít điện cực carbon hiện có có phạm vi điện áp hạn chế và cả hai nhược điểm này hiện khiến pin proton không phù hợp để thay thế pin lithium-ion thực sự. Tuy nhiên, các nhà khoa học của UNSW Sydney đã phát triển một điện cực carbon mới có tên là tetraamino-benzoquinone (TABQ) để khắc phục vấn đề này. Đầu tiên, nhóm nghiên cứu bắt đầu với một phân tử nhỏ có tên là Tetrachloro-benzoquinone (TCBQ), không có thế oxy hóa khử đủ cao để làm cực âm hoặc thế đủ
Vì vậy, nhóm của Wu đã thay thế bốn nhóm chloro- trong phân tử bằng nhóm amino- (do đó đổi tên), và phát hiện ra rằng điện thế thấp hơn thu được khiến TABQ trở thành ứng cử viên anot tuyệt vời và cải thiện khả năng lưu trữ proton của vật liệu . Trong khi vẫn được ghép nối với catot TCBQ, pin hoàn toàn hữu cơ có thể duy trì 3.500 chu kỳ sạc đầy, duy trì dung lượng cao và hoạt động tốt trong điều kiện lạnh—một tác dụng phụ hữu ích, vì chúng ta sẽ cần các trang trại pin, đặc biệt là ở những vùng lạnh hơn, tối hơn trên thế giới, và lithium mất hiệu quả khi trời quá lạnh.
Ồ, và một lợi ích nữa: chúng không phát nổ.
“Chất điện phân trong pin lithium-ion được làm từ muối lithium, một dung môi dễ cháy và do đó là mối quan tâm lớn”, Chuan Zhao, giáo sư tại UNSW Sydney, cho biết trong một tuyên bố báo chí. “Trong trường hợp của chúng tôi, chúng tôi có cả hai điện cực được làm từ các phân tử hữu cơ và ở giữa chúng tôi có dung dịch nước, làm cho pin nguyên mẫu của chúng tôi nhẹ, an toàn và giá cả phải chăng”.
Trong khi TABQ là một cực dương nổi bật, nhóm nghiên cứu thừa nhận rằng TCBQ được sử dụng trong cực âm —không có thế oxy hóa khử cao nhất —sẽ cần được cải thiện tiếp theo. Có thể sẽ còn nhiều việc phải làm nếu pin proton có bất kỳ hy vọng nào trong việc hạ bệ lithium để trở thành loại pin được lựa chọn của cuộc cách mạng xanh.
“Chúng tôi đã thiết kế một vật liệu anode rất tốt,” Wu cho biết, “và công việc trong tương lai sẽ chuyển sang phía catot. Chúng tôi sẽ tiếp tục thiết kế các vật liệu hữu cơ mới có phạm vi thế oxy hóa khử cao hơn để tăng điện áp đầu ra của pin. Để tăng cường việc sử dụng năng lượng tái tạo , chúng tôi phải phát triển một số công nghệ tích hợp năng lượng hiệu quả hơn và thiết kế pin proton của chúng tôi là một thử nghiệm đầy hứa hẹn.” (popularmechanics)
