Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Chế tạo pin hiệu quả hơn (21/03/2013)

Công nghệ pin mới làm tăng gấp đôi khả năng tích trữ năng lượng với chi phí thấp hơn so với pin được sử dụng trong các thiết bị điện tử cầm tay, xe điện, hàng không vũ trụ và quốc phòng.

Sử dụng lưu huỳnh thay thế các vật liệu được phổ biến sử dụng trong pin lithi-ion có thể giảm mạnh chi phí sản xuất. Pin trong các ứng dụng này thường dựa vào lithi và oxit kim loại như coban, mangan hoặc niken. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã chế tạo được hợp chất lưu huỳnh và các bon cấu trúc nano để sử dụng làm cực âm của pin với khả năng lưu giữ năng lượng cao hơn mà chi phí thấp hơn nhiều so với các vật liệu thông thường.

Cực âm hoặc điện cực dương là một trong 3 thành phần chức năng của pin, cùng với cực dương (điện cực âm) và chất điện phân. Các nguyên liệu cực âm là vật liệu chi phí cao nhất trong sản xuất pin, chiếm từ 35-40% tổng chi phí.

Thị trường pin lithi-ion toàn cầu sẽ phát triển đến mức trị giá 54 tỷ USD vào năm 2020, tăng từ 11,8 tỷ năm 2010, chủ yếu là do nhu cầu về thiết bị điện tử tiêu dùng và khu vực xe điện.

Các điện cực các bon - lưu huỳnh được chế tạo bằng cách lắp đặt rất nhiều ống nano các bon chất lượng cao phía trên một lớp bọt kim loại. Các ống nano cung cấp khả năng dẫn điện rất tốt và giữ vai trò như khung 3 chiều trong đó lưu huỳnh được bơm vào để tạo thành cực âm.

Lưu huỳnh được giữ lại bên trong khung 3 chiều dưới dạng các hạt nhỏ chứa điện tử. Cấu trúc lỗ của bọt kim loại kết hợp với việc gắn các ống nano theo chiều thẳng đứng dày đặc, tạo ra một mê cung có diện tích bề mặt rộng để giữ vật liệu điện cực.

Dù có mật độ cao và chi phí thấp, nhưng việc phát triển thương mại pin lithi-lưu huỳnh bị hạn chế nhiều do vòng đời pin ngắn, thường ở mức dưới 80 chu kỳ sạc/xả. Trong khi đó, pin lithi-ion thông thường sẽ đạt được 500 chu kỳ sạc/xả. Hỗn hợp ống nano các bon-lưu huỳnh đã làm tăng đáng kể hiệu suất chu kỳ của pin lithi-ion, giữ lại 80% công suất sau hơn 250 chu kỳ sạc/xả.

Trong 2 năm tới, nhóm nghiên cứu dự tính sẽ chế tạo máy đóng gói đầu tiên sẽ tiếp tục sản xuất vật liệu cực âm và bán sản phẩm này cho các nhà sản xuất pin lớn. Dù số chu trình sạc/xả của pin lithi-lưu huỳnh chưa đủ lớn để bước vào thị trường hàng điện tử tiêu dùng, nhưng ứng dụng của nó trong ngành hàng không vũ trụ và quốc phòng có triển vọng lớn. TS Zhang, một trong số các nhà nghiên cứu cho biết: đối với ngành hàng không vũ trụ và quốc phòng, khả năng tích trữ năng lượng của pin được ưu tiên hơn vòng đời của nó. Tuy nhiên, họ sẽ tiếp tục nghiên cứu để tăng thêm vòng đời của pin đủ cho các thiết bị điện tử tiêu dùng và xe điện.

Nguồn: www.vista.vn