Hóa học mới đằng sau các pin có mật độ năng lượng siêu cao
Mohammad Asadi, trợ lý giáo sư kỹ thuật hóa học tại Viện Công nghệ Illinois mới xuất bản một bài báo trên tạp chí Science, trong đó miêu tả thứ hóa học đằng sau thiết kế pin lithium-air mới của mình.
Những điểm mới cho phép ông tối ưu hơn thiết kế pin với tiềm năng chạm đến các mức mật độ năng lượng siêu cao hơn cả công nghệ pin lithium-ion hiện hành. Thiết kế pin này có tiềm năng lưu giữ một kilowatt-giờ trên mỗi kilogram hoặc cao hơn – gấp bốn lần so với công nghệ pin lithium-ion, có thể được dùng để thay đổi việc truyền tải điện năng, đặc biệt là các thiết bị, phương tiện vận tải lớn như máy bay, tàu hỏa và tàu ngầm.
Khi thực hiện nghiên cứu này, Asadi hướng đến mục tiêu tạo ra một loại pin với một chất điện phân đậm đặc có thể đem lại khả năng an toàn hơn, lưu trữ được nhiều điện năng hơn so với những pin có chất điện phân lỏng, và nghĩ đến một lựa chọn có thể tương thích với các công nghệ cực dương và cực âm mà mình đã phát triển để sử dụng trong các loại pin lithium-air – pin hóa học sử dụng quá trình oxy hóa lithium ở cực dương và khử oxy ở cực âm để tạo ra dòng điện mà về mặt lý thuyết thì có thể có được các pin điện hóa có năng lượng riêng cao nhất có thể.
Ông đã chọn một hỗn hợp gồm polymer và gốm, hai chất xúc tác rắn thông thường nhất. Bằng cách kết hợp chúng, Asadi phát hiện ra là mình có thể tận dụng lợi thế của tính siêu dẫn ion cao ở gốm và độ bền, sự kết nối mặt phân giới cao của polymer.
Kết quả thu được cho phép dẫn đến một phản ứng thuận nghịch tới hạn làm tăng cường chức năng của pin – hình thành và phân hủy lithium-dioxide – xuất hiện với các tỷ lệ cao ở nhiệt độ phòng. Đây là chứng minh đầu tiên trên thế giới về pin lithium-air.
Như được miêu tả trong bài báo trên Science, Asadi đã thực hiện một loại thí nghiệm chứng minh bản chất khoa học đằng sau sự xuất hiện của phản ứng này 1.
“Chúng tôi tìm thấy là chất điện phân ở trạng thái rắn đóng góp khoảng 75% tổng mật độ năng lượng. Điều đó cho chúng tôi biết là có rất nhiều cơ hội để cải thiện điều này bởi vì chúng tôi tin là mình có thể tối thiểu hóa mật độ mà không cần đến sự sắp xếp vào khác, và có thể cho phép chúng tôi đạt được mức mật độ năng lượng vô cùng cao”, Asadi nói.
Các thí nghiệm đó đều được thực hiện với sự hợp tác của trường đại học llinois Chicago và Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne Mỹ. Asadi nói ông lên kế hoạch để trao đổi với các đối tác công nghiệp vì ông đã chuyển sang tối ưu thiết kế pin và tinh chỉnh nó để cho sản xuất hàng loạt.
“Công nghệ này thực sự là một độ phá, và có thể mở ra một cánh cửa lớn vào khả năng đưa các công nghệ ra đến thị trường”, Asadi đánh giá.
Thanh Phương tổng hợp
Nguồn: https://www.iit.edu/news/novel-chemistry-offers-ultra-high-power-density-batteries-decarbonize-transportation
https://techxplore.com/news/2023-02-chemistry-ultra-high-power-density-batteries.html
——————————————————
1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq1347
