Pin lithium-ion từ lâu đã trở thành tiêu chuẩn vàng trong mọi thứ, từ điện thoại thông minh đến ô tô điện. Tuy nhiên, công nghệ này không phải không có những hạn chế, bao gồm các vấn đề về an toàn, mật độ năng lượng và tính bền vững. Các nhà nghiên cứu và công ty trên khắp thế giới đang chạy đua để phát triển các công nghệ pin mới hứa hẹn giải quyết những thách thức này và cách mạng hóa cách cung cấp năng lượng cho cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Dưới đây là năm công nghệ pin mới nổi đang định hình lại tương lai của năng lượng.
tụ điện siêu lưu trữ
Một trong những phát triển thú vị nhất đến từ Đại học Washington (Mỹ), nơi các nhà khoa học đã tạo ra một loại tụ điện mới có thể lưu trữ năng lượng trong thời gian dài hơn các tụ điện truyền thống mà không ảnh hưởng đến khả năng sạc và xả nhanh của nó.
Tụ điện siêu lưu trữ sử dụng cấu trúc mới với các lớp 3D nằm giữa các lớp 2D, nhằm mục đích sắp xếp vật liệu thành các lớp mỏng cấp nguyên tử với cả liên kết hóa học và phi hóa học. Điều này dẫn đến mật độ năng lượng cao hơn 19 lần so với tụ gốm truyền thống và hiệu suất lên tới 90%.
Công nghệ này có khả năng giảm gánh nặng cho pin của xe điện và các thiết bị điện tử cỡ lớn khác, từ đó cải thiện hiệu suất và thời gian chạy.
Hình ảnh siêu tụ điện của Đại học Washington
Ảnh chụp màn hình bánh răng xoắn ốc
Cực dương silicon của pin lithium-ion
Sila Nanotechnologists đang hợp tác với Panasonic để sản xuất vật liệu cực dương silicon cho pin lithium-ion dành cho xe điện. Silicon có thể cung cấp mật độ năng lượng cao hơn nhiều so với than chì truyền thống, với phạm vi lái xe lên tới 805 km trong một lần sạc và thời gian sạc ngắn hơn đáng kể. Công nghệ này có thể là yếu tố thay đổi cuộc chơi trên thị trường xe điện, giải quyết các vấn đề về phạm vi hoạt động và thời gian sạc.
Vật liệu cực dương silicon giúp xe điện luôn dồi dào năng lượng
Ảnh chụp màn hình bánh răng xoắn ốc
pin ion natri
Trong khi đó, các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) đang khám phá tiềm năng của pin natri-ion.
Ưu điểm của pin natri-ion là sử dụng natri, chất này dồi dào và rẻ hơn lithium. Tuy nhiên, trước đây, pin natri-ion gặp phải những hạn chế như sạc chậm, dung lượng thấp và khả năng lưu trữ hạn chế. Nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ tiên tiến Hàn Quốc đã giải quyết những vấn đề này bằng cách sử dụng vật liệu mới trên cực dương và cực âm, tạo ra hệ thống lưu trữ năng lượng lai hiệu quả cao.
Mật độ năng lượng của pin natri-ion mới của KAIST cao tới 247 Wh/kg, cao hơn pin lithium-ion thương mại và đạt hiệu suất gần 100% sau 5.000 chu kỳ sạc và xả. Ngoài ra, tốc độ sạc của loại pin này cũng rất ấn tượng, vượt xa tốc độ phản hồi của pin truyền thống hơn 100 lần.
pin nước
An toàn pin là mối quan tâm lớn, đặc biệt là pin lithium-ion, dễ cháy nổ. Theo đó, Đại học RMIT ở Melbourne, Australia đang sử dụng công nghệ pin nước kim loại-ion (hay còn gọi là pin nước) để giải quyết vấn đề này. Những loại pin này sử dụng nước làm chất điện phân, loại bỏ nguy cơ cháy nổ. Pin nước magiê-ion của họ cho thấy những kết quả đầy hứa hẹn, mang lại mật độ năng lượng cạnh tranh và quy trình sản xuất bền vững hơn.
Pin nước mang lại sự an toàn mà không sợ nổ như pin lithium-ion
Ảnh chụp màn hình bánh răng xoắn ốc
Sạc dòng xung
Một giao thức sạc mới sử dụng dòng điện xung (PC) đã được chứng minh là giúp tăng gấp đôi tuổi thọ của pin lithium-ion. Trong các nghiên cứu sạc giao thức PC của pin lithium-ion, chu kỳ sạc có thể được kéo dài từ 500 đến hơn 1.000 trước khi pin xuống còn khoảng 80% công suất thực của nó.
Các nhà nghiên cứu tin rằng bằng cách tối ưu hóa chu trình của PC, họ có thể kéo dài đáng kể tuổi thọ của pin điện thoại thông minh và máy tính xách tay, giảm rác thải điện tử và cải thiện tính bền vững.
