Pin lithium-ion từ lâu là tiêu chuẩn vàng cho mọi thứ, từ điện thoại thông minh đến xe điện. Tuy nhiên, công nghệ này không phải là không có những hạn chế của nó, bao gồm các vấn đề về an toàn, mật độ năng lượng và tính bền vững. Các nhà nghiên cứu và công ty trên toàn thế giới đang chạy đua để phát triển các công nghệ pin mới hứa hẹn sẽ giải quyết những thách thức này và cách mạng hóa cách nhân loại cung cấp năng lượng cho cuộc sống hằng ngày. Dưới đây là 5 công nghệ pin mới nổi và 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 lâu hơn nhiều so với tụ điện truyền thống mà không ảnh hưởng đến khả năng sạc và xả nhanh của chúng.
Tụ điện siêu lưu trữ có một cấu trúc mới với một lớp 3D giữa các lớp 2D, với mục đích sắp xếp các vật liệu thành các lớp nguyên tử mỏng, có cả liên kết hóa học và phi hóa học. Điều này cho phép mật độ năng lượng cao hơn tới 19 lần so với tụ điện gốm thông thường, với hiệu suất lên tới 90%.
Công nghệ này có khả năng giảm bớt gánh nặng cho pin trong xe điện và các thiết bị điện tử lớn khác, dẫn đến hiệu suất và thời gian chạy được cải thiện.
 |
Hình ảnh tụ điện siêu lưu trữ năng lượng của Đại học Washington
Anot silicon cho pin lithium-ion
Sila Nanotechnologies đang hợp tác với Panasonic để sản xuất vật liệu anot silicon cho pin lithium-ion dành cho xe điện. Silicon có khả năng cung cấp mật độ năng lượng cao hơn đáng kể so với than chì truyền thống, cho phép phạm vi lái xe lên tới 805 km cho một lần sạc và thời gian sạc cũng nhanh hơn đáng kể. Công nghệ này có thể là một yếu tố thay đổi cuộc chơi cho thị trường xe điện, giải quyết các mối quan tâm về phạm vi và thời gian sạc.
 |
Vật liệu Anot silicon giúp xe điện luôn dồi dào năng lượng
Pin natri-ion
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, một nguyên tố có trữ lượng dồi dào và giá thành rẻ hơn lithium. Tuy nhiên, trước đây, pin natri-ion gặp phải một số hạn chế như sạc chậm, công suất thấp và khả năng lưu trữ hạn chế. Nhóm nghiên cứu KAIST đã giải quyết các vấn đề này bằng cách sử dụng vật liệu mới cho anot và catot, tạo ra một hệ thống lưu trữ năng lượng lai hiệu quả cao.
Pin natri-ion mới của KAIST có mật độ năng lượng lên tới 247 Wh/kg, cao hơn pin lithium-ion thương mại và đạt hiệu suất gần 100% sau 5.000 chu kỳ sạc-xả. Ngoài ra, tốc độ sạc của pin này cũng rất ấn tượng, vượt xa các phản ứng kiểu pin thông thường hơn 100 lần.
Pin nước
An toàn pin là một mối quan tâm lớn, đặc biệt là với pin lithium-ion vốn dễ cháy nổ. Theo đó, Đại học RMIT ở Melbourne (Úc) đang giải quyết vấn đề này bằng công nghệ pin ion kim loại nước, còn được gọi là pin nước. Những loại pin này sử dụng nước làm chất điện phân, loại bỏ nguy cơ cháy nổ. Pin nước magiê-ion của họ đã cho thấy kết quả đầy hứa hẹn, cung cấp mật độ năng lượng cạnh tranh và quy trình sản xuất bền vững hơn.
 |
Pin nước mang đến sự an toàn không lo cháy nổ như lithium-ion |
Sạc dòng xung
Một giao thức sạc mới sử dụng dòng điện xung (PC) đã được chứng minh là có thể tăng gấp đôi tuổi thọ của pin lithium-ion. Trong nghiên cứu sạc bằng giao thức PC cho pin lithium-ion, chu kỳ sạc có thể được kéo dài từ 500 lên hơn 1.000 chu kỳ trước khi pin bị chai về mức khoảng 80% công suất thực.
Bằng cách tối ưu hóa các chu kỳ PC, các nhà nghiên cứu tin rằng họ có thể mở rộng đáng kể tuổi thọ của pin được sử dụng trong điện thoại thông minh và máy tính xách tay, giảm thiểu chất thải điện tử và cải thiện tính bền vững.
