Công nghệ pin mới an toàn và có khả năng tự phục hồi

Tuy loại pin lithium-ion rất phổ biến ngày nay nhưng không có nghĩa chúng là giải pháp tốt nhất cho mọi lĩnh vực ứng dụng. Đại học Công nghệ Vienna (TU Wien) hiện đã thành công trong việc phát triển pin oxy-ion cùng với một số ưu điểm quan trọng. Mặc dù năng lượng được lưu trữ không cao bằng pin lithium-ion, nhưng dung lượng lưu trữ của pin oxy-ion không những không giảm theo thời gian mà còn có khả năng tự phục hồi, cho phép tuổi thọ có thể cực kỳ dài.

Ngoài ra, pin oxy-ion có thể được sản xuất mà không cần các nguyên tố hiếm và được làm bằng vật liệu chống cháy. Đơn xin cấp bằng sáng chế cho ý tưởng pin mới đã được nộp cùng với các đối tác hợp tác từ Tây Ban Nha. Pin oxy-ion có thể là một giải pháp tuyệt vời cho các hệ thống lưu trữ năng lượng lớn, ví dụ để lưu trữ năng lượng điện từ các nguồn tái tạo.

Ứng dụng vật liệu gốm sứ

Alexander Schmid từ Viện Công nghệ và Phân tích Hóa học tại TU Wien cho biết sau một thời gian dài tích lũy kinh nghiệm với các vật liệu gốm có thể được sử dụng cho pin nhiên liệu, nhóm các nhà khoa học đã nảy ra ý tưởng nghiên cứu xem liệu những vật liệu đó có thể phù hợp để chế tạo pin hay không.

Vật liệu gốm mà đội ngũ từ TU Wien nghiên cứu có thể hấp thụ và giải phóng các ion oxy mang điện tích âm gấp đôi. Khi điện áp được áp dụng, các ion oxy di chuyển từ vật liệu gốm này sang vật liệu gốm khác, sau đó chúng có thể bị buộc di chuyển trở lại, dẫn đến việc tạo ra dòng điện.

Giáo sư Jürgen Fleig chia sẻ: “Nguyên tắc cơ bản thực ra rất giống với pin lithium-ion. Nhưng vật liệu của chúng tôi lại có một số lợi thế quan trọng". Do gốm sứ không dễ cháy nên có thể loại trừ khả năng hỏa hoạn thường xảy ra khi sử dụng ở pin lithium-ion. Ngoài ra, pin không cần các nguyên tố quý hiếm, đắt tiền hoặc buộc phải chiết xuất khiến gây hại cho môi trường.

Giáo sư Y khoa Tobias Huber cho biết trên phương diện này, việc sử dụng vật liệu gốm là một lợi thế lớn do độ thích nghi tốt. Đồng thời có thể thay thế một số nguyên tố khó tìm bằng những loại khác dễ kiếm hơn. Nguyên mẫu pin vẫn sử dụng lanthanum - một nguyên tố không quá hiếm nhưng cũng không hoàn toàn phổ biến. Song ngay cả lanthanum cũng sẽ bị thay thế bằng loại vật liệu ít tốn kém hơn. Trên thực tế, các nghiên cứu về vấn đề này đang được tiến hành. Tuy nhiên những loại như Coban hoặc niken được tìm thấy trong nhiều loại pin lại không được sử dụng.

Tuổi thọ pin cao

Nhưng có lẽ ưu điểm quan trọng nhất của công nghệ pin mới chính là tuổi thọ. Theo lời nhà nghiên cứu Alexander Schmid, đa số các loại pin thường gặp phải vấn đề các hạt mang điện không thể di chuyển được. Dẫn đến dung lượng pin suy giảm và pin không còn được sử dụng để tạo ra điện nữa. Sau nhiều chu kỳ sạc, điều này có thể trở thành một vấn đề nghiêm trọng.

Tuy nhiên, pin oxy-ion có thể được phục hồi mà không gặp vấn đề gì. Nếu oxy bị mất do phản ứng phụ, thì lượng oxy mất đi có thể dễ dàng được bù đắp bằng oxy từ không khí xung quanh.

Thiết kế pin mới không dành cho điện thoại thông minh hoặc ô tô điện vì pin oxy-ion chỉ đạt khoảng một phần ba mật độ năng lượng so với mật độ năng lượng được sử dụng ở pin lithium-ion và hoạt động ở nhiệt độ từ 200 đến 400 °C. Tuy nhiên, loại công nghệ này lại cực kỳ phù hợp để lưu trữ năng lượng.

Ông Alexander Schmid cho rằng nếu ta cần một bộ lưu trữ năng lượng lớn để tạm thời lưu trữ năng lượng tái sinh thì pin oxy-ion có thể là một giải pháp tuyệt vời. Trong trường hợp xây dựng cả một tòa nhà chứa đầy các mô-đun lưu trữ năng lượng thì mật độ năng lượng giảm và nhiệt độ hoạt động tăng không đóng vai trò quyết định. Điểm mạnh pin của nhóm nghiên cứu nằm ở điểm: tuổi thọ cao, có khả năng sản xuất số lượng lớn mà không cần các nguyên tố hiếm và đảm bảo không gây ra nguy cơ cháy nổ.