Các nhà nghiên cứu ở đại học Cambridge chế tạo thành công mẫu pin lithium – oxy, có thể sạc được 2.000 lần, mỗi lần đủ năng lượng cho ôtô điện chạy hàng trăm km.

Chế tạo thành công pin siêu bền cho ô tô điện

Theo Telegraph, công nghệ chế tạo pin lithium-air mới, hay còn gọi là Li-O₂, có thể ứng dụng để sản xuất pin với giá thành và trọng lượng chỉ bằng 1/5 so với pin ôtô điện hiện nay, sử dụng năng lượng tái tạo như quang năng hay phong năng, thay thế xe chạy xăng và dầu diesel gây ô nhiễm trong tương lai.

Loại pin sạc phổ biến hiện nay là lithium – ion, thường được sử dụng trong máy tính xách tay, điện thoại thông minh hay xe điện. Nó tuy nhẹ nhưng lưu trữ được ít năng lượng, dung lượng pin cũng ít dần theo số lần sạc.

Nguyên mẫu pin trong phòng thí nghiệm. (Ảnh: Tao Liu, Clare Grey, Gabriella Bocchetti).

Pin Li-O₂ được coi là loại pin lý tưởng cho xe điện chạy đường dài vì oxy có sẵn trong không khí, nên trọng lượng pin sẽ nhẹ bớt được thành phần này, mà bản thân lithium cũng được coi là vật liệu có khối lượng riêng thấp. Điều này có nghĩa là pin Li-O₂ có thể lưu trữ được rất nhiều năng lượng. Tuy nhiên, các phiên bản trước đây của công nghệ này thường thiếu hiệu quả và không ổn định, pin chai nhanh sau vài lần sạc và xả, hoặc mắc các lỗi như đoản mạch và phát nổ.

Trong nghiên cứu mới, graphene được sử dụng làm điện cực carbon cho pin. Graphene là một dạng carbon trong đó các nguyên tử được kết nối theo cấu trúc tổ ong có độ xốp cao, được đánh giá là siêu vật liệu với các đặc tính siêu cứng, siêu bền, siêu dẫn nhiệt.

Chất điện phân là dung môi hữu cơ dimethoxyethane, được trộn với muối lithium iot (LiI). Khi các ion phản ứng với oxy ở cực âm, chúng sẽ tạo ra các tinh thể lithium hydroxit (LiOH), bị phân hủy rất nhanh khi sạc điện. Các thiết kế pin trước đây tạo ra sản phẩm Lithium peroxit (Li₂O₂), một chất rắn màu trắng không tan và bám trên bề mặt điện cực, khiến việc sạc khó khăn hơn, và pin chai nhanh sau vài lần sạc. Ngược lại, pin có điện cực làm từ graphene vẫn sử dụng tốt sau 2.000 lần sạc.

Sơ đồ quá trình hoạt động của pin Li-O₂. (Ảnh: Nature).

Khó khăn lớn nhất là pin mẫu được phát triển trong phòng thí nghiệm, đòi hỏi sử dụng oxy tinh khiết, chứ không phải là oxy sẵn trong không khí. Do đó, các nhà khoa học cho biết, cần phải ít nhất một thập kỷ nữa mới có thể đưa công nghệ này vào sản xuất pin hàng loạt. Tuy nhiên, họ rất lạc quan về tương lai của pin Li-O₂.

“Mặc dù còn nhiều nghiên cứu cơ bản cần phải hoàn thành để giải quyết vấn đề về các chi tiết cơ học, kết quả đạt được này rất thú vị. Chúng tôi đã chỉ ra được rằng có giải pháp cho những khó khăn của công nghệ này”, giáo sư Clare Grey, hiện đang làm việc tại khoa Hóa, Đại học Cambridge chia sẻ. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature hôm 29/10.