Pin lithium-oxy mới cải thiện đáng kể hiệu quả năng lượng, tuổi thọ cao

Dân trí Pin Lithium-không khí được đánh giá là công nghệ đầy hứa hẹn dành cho công nghiệp sản xuất ô tô điện và các thiết bị điện tử cầm tay do tiềm năng cung cấp hiệu suất năng lượng cao tỷ lệ với trọng lượng của thiết bị. Tuy nhiên, loại pin này có một số nhược điểm như: tiêu tốn nhiều năng lượng đưa vào ở dạng nhiệt và sụt pin rất nhanh.

Bên cạnh đó, sử dụng pin này đòi hỏi phải có các linh kiện phụ trợ có giá thành cao để bơm khí oxy vào và ra, trong một cấu hình pin mở, đặc điểm này khác xa so với kiểu pin kín thông thường.

Tuy nhiên, một biến thể mới của hóa pin, được sử dụng với vai trò của kiểu pin kín hoàn toàn theo cách thông thường hứa hẹn có hiệu suất lý thuyết giống với pin lithium-không khí cũng như có thể khắc phục các khiếm khuyến trên.

Pin lithium-oxy mới cải thiện đáng kể hiệu quả năng lượng, tuổi thọ cao - 1

Khái niệm về loại pin mới có tên gọi là pin nanolithia cathode được mô tả trong báo cáo kết quả nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí Năng lượng Tự nhiên được thực hiện bởi Ju Li - giáo sư chuyên ngành Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân thuộc Liên minh Năng lượng, trường Đại học MIT, Zhi Zhu và năm chuyên gia khác thuộc MIT, Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne, và trường Đại học Bắc Kinh ở Trung Quốc.

Li giải thích: “Một trong những nhược điểm của pin lithium-không khí là điện áp sạc và xả pin trong quá trình sạc và xả pin không khớp nhau. Điện áp đầu ra của pin nhỏ hơn 1,2V so với điện áp sạc vào, cho thấy có sự tổn thất năng lượng khá lớn phát sinh trong mỗi chu kỳ sạc. “Bạn lãng phí 30% năng lượng điện ở dạng nhiệt trong quá trình sạc... Thậm chí trong trường hợp bạn sạc nhanh thì có thể dẫn đến nguy cơ cháy, nổ”, Li cho biết.

Pin lithium-không khí thông thường hút oxy từ không khí bên ngoài vào để chạy phản ứng hóa học với lithium của pin trong chu kỳ xả pin, oxy này sau đó sẽ được giải phóng trở lại vào khí quyển trong suốt phản ứng đạo chiều của chu kỳ sạc.

“Trong biến thể mới, các phản ứng điện hóa cùng loại xảy ra giữa lithium và oxy trong quá trình sạc và xả, nhưng không bao giờ để cho oxy trở lại dạng khí. Thay vào đó, oxy sẽ ở dạng chất rắn và trực tiếp chuyển đổi giữa 3 trạng thái oxy hóa khử, trong khi giới hạn ở ba hợp chất hóa học dạng rắn khác nhau là Li2O, Li2O2, và LiO2, kết hợp lại thành dạng thủy tinh. Điều này giúp hạn chế xảy ra tình trạng tổn thất điện áp hệ số 5, từ 1,2V đến 0,24V, vì thế, chỉ 8% năng lượng điện bị chuyển thành nhiệt, đồng nghĩa với việc ô tô sẽ sạc nhanh hơn, do quá trình thải nhiệt từ bộ pin không phải là một mối lo về vấn đề an toàn hay các lợi ích hiệu quả năng lượng”. Li cho biết.

Bước tiến này giúp khắc phục một vấn đề khác của pin lithium-không khí: Khi phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình sạc và xả chuyển đổi oxy giữa dạng khí và dạng rắn, vật chất sẽ trải qua sự biến đổi về thể tích lớn đến mức có thể phá vỡ các đường dẫn điện trong cấu trúc, hiện tượng này ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ của pin.

Bí quyết của công thức chế tạo pin mới là tạo ra các hạt siêu nhỏ với kích thước nanomet (nm), chứa lithium và oxy ở dạng thủy tinh, được đặt vào trong một khuôn oxit coban. Các nhà nghiên cứu gọi các hạt này là nanolithia. Ở dạng này, quá trình chuyển đổi giữa LiO2, Li2O2, và Li2O hoàn toàn có thể xảy ra bên trong vật chất rắn.

Trên thực tế, các hạt nanolithia không ổn định nên nhóm nghiên cứu nhúng chúng vào khuôn oxit coban, một vật liệu giống như bọt biển với các lỗ có đường kính chỉ vài nm. Khuôn có tác dụng giúp cố định các hạt, đồng thời, đóng vai trò như một chất xúc tác cho quá trình chuyển đổi.

Li giải thích: “Pin lithium-không khí thông thường là pin oxy lithium khô, do chúng không thể xử lý ẩm và CO2, do đó, cần lau thật kỹ không khí lọt vào pin. Việc sử dụng một hệ thống phụ trợ lớn để loại bỏ CO2 và nước là rất cần thiết nhưng lại không dễ thực hiện. Tuy nhiên, đối với loại pin mới, việc hút không khí từ bên ngoài vào là không cần thiết, do đó, giúp khắc phục những hạn chế này”.

Nhóm nghiên cứu cho biết loại pin mới được thiết kế nhằm tránh trường hợp sạc quá tải. Do theo lẽ thông thường, phản ứng hóa học trong trường hợp này tự giới hạn hoạt động, nên khi pin bị quá tải, phản ứng sẽ chuyển sang dạng khác nhằm tránh rủi ro. "Với pin thông thường, tình trạng quá tải có thể gây tổn thương cấu trúc không thể đảo ngược hoặc thậm chí dẫn đến nguy cơ phát nổ", Li cho biết. “Tuy nhiên, chúng tôi đã thử nghiệm sạc pin nanolithia trong vòng 15 ngày, mức độ gấp một trăm lần công suất bình thường của nó, kết quả là không có thiệt hại gì xảy ra".

Trong thử nghiệm chu kỳ pin, một loại pin mới phiên bản phòng thí nghiệm được hoàn thành với 120 chu kỳ sạc-xả, kết quả cho thấy tổn thất công suất ít hơn 2%. Điều này chứng tỏ rằng tuổi thọ hữu dụng của pin là tương đối dài. Bởi vì thao tác lắp đặt và vận hành pin cũng giống như pin rắn thông thường mà không cần bất kỳ chi tiết phụ trợ cho pin lithium-không khí, chúng có thể dễ dàng thích ứng với cách lắp đặt hiện tại hay với bộ pin thông thường thiết kế cho ô tô, đồ điện tử hay thậm chí là lưu điện ở quy mô mạng lưới.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng cho biết: “Do các catot “oxy rắn” này nhẹ hơn nhiều so với các catot pin thông thường nên thiết kế pin mới có thể dự trữ lượng năng lượng gấp đôi đối với trọng lượng catot nhất định. Và với thiết kế được đánh giá là tinh tế hơn, pin mới cũng có thể đạt công suất gấp đôi”.

Loại pin mới được hoàn thiện mà không cần thêm bất kỳ chi tiết hay vật liệu đắt tiền nào. Cacbonat được sử dụng làm chất điện phân dạng lỏng trong loại pin này cũng là là “loại chất điện phân rẻ tiền nhất”, Li cho biết. “Thành phần oxit coban có trọng lượng bằng một nửa so với thành phần nanolithia. Do đó, nhìn chung, công nghệ mới được đánh giá là có khả năng chuyển đổi, giá thành thấp và an toàn hơn nhiều so với pin lithium-không khí”.

Nhóm nghiên cứu hy vọng có thể chuyển đổi khái niệm mới từ phạm vi phòng thí nghiệm thành nguyên mẫu có thể được áp dụng trong thực tế trong vòng 1 năm tới.

“Có thể nói đây chính là một bước đột phá mang tính nền tảng, có khả năng biến đổi mô hình pin dựa trên việc sử dụng oxy”, Xiulei Ji - giáo sư chuyên ngành hóa học tại Đại học bang Oregon, người không tham gia vào nghiên cứu này cho biết. “Trong hệ thống này, chất điện phân gốc cacbonat thương mại hoạt động rất hiệu quả với chuyện động tịnh tiến đảo chiều của peoxit hòa tan, và phải hoạt động với tình trạng thiếu khí O2 trong hệ thống kín này - đặc điểm này khá ấn tượng. Tất cả khối catot trong suốt chu kỳ ở dạng rắn, điều này không chỉ cho thấy mật độ năng lượng lớn mà còn cho thấy tính tương thích với hạ tầng sản xuất pin hiện tại”.

P.K.L-NASATI (Tổng hợp)

MỚI NHẤT
Pin silicon-không khí hoạt động lên tới hơn 1.000 giờ
Pin silicon-không khí hoạt động lên tới hơn 1.000 giờ

(Dân trí) - Pin silicon-không khí được xem như là một sự thay thế có triển vọng và hiệu quả chi phí cho công nghệ lưu trữ năng lượng hiện nay. Tuy nhiên, cho đến nay nó chỉ đạt được thời gian hoạt động tương đối ngắn. Nay các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra lý do tại sao.

Thứ sáu, 05/08/2016 - 06:12

Công nghệ mới xác định điện năng tiêu thụ của các thiết bị điện gia dụng
Công nghệ mới xác định điện năng tiêu thụ của các thiết bị điện gia dụng

(Dân trí) - Một trong những vấn đề thường được đề cập đến khi nói về những ngôi nhà thông minh, là khả năng theo dõi điện năng tiêu thụ của các thiết bị gia dụng. Như vậy, mọi người có thể nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và dẫn đến những thay đổi hành vi tiết kiệm năng lượng và tiền bạc.

Thứ sáu, 05/08/2016 - 05:57

Khủng long đã sống trong đau đớn vì bệnh… viêm khớp
Khủng long đã sống trong đau đớn vì bệnh… viêm khớp

(Dân trí) - Trong một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Royal Society Open Science, các nhà nghiên cứu đã mô tả trường hợp đầu tiên được biết đến về một chú khủng long phải đi khập khiễng do bị viêm khớp.

Thứ sáu, 05/08/2016 - 05:43

Cận cảnh “nụ cười” đáng sợ của sát thủ đại dương cá mập trắng
Cận cảnh “nụ cười” đáng sợ của sát thủ đại dương cá mập trắng

(Dân trí) - Nhiếp ảnh gia người Mỹ Chris Perkins đã ghi lại hình ảnh cận cảnh hàm răng sắc nhọn đáng sợ của cá mập trắng, được mệnh danh là “sát thủ của đại dương”.

Thứ năm, 04/08/2016 - 03:49

Điều mà bạn chưa biết về giáo sư hàng đầu của Mỹ từng gặp nạn ở Việt Nam
Điều mà bạn chưa biết về giáo sư hàng đầu của Mỹ từng gặp nạn ở Việt Nam

(Dân trí) - Giáo sư Seymour Papert, người vừa qua đời ở tuổi 88 là nhà toán học nổi tiếng thế giới và cũng là nhà lý luận có tầm nhìn chiến lược về công nghệ và giáo dục, đồng thời là thành viên sáng lập ra phòng thí nghiệm MIT Media. Chính ông là người có những ý tưởng và phát minh về sáng tạo và học tập làm thay đổi hàng triệu trẻ em trên toàn thế giới.

Thứ năm, 04/08/2016 - 02:05

Biến khí thải CO2 thành nhiên liệu
Biến khí thải CO2 thành nhiên liệu

(Dân trí) - Các nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách trên toàn thế giới đang cố gắng hạn chế tốc độ gia tăng biến đổi khí hậu và tập trung vào thủ phạm chính là carbon dioxide (CO2).

Thứ năm, 04/08/2016 - 11:16

Lần tuyệt chủng hàng loạt đầu tiên do động vật cổ đại
Lần tuyệt chủng hàng loạt đầu tiên do động vật cổ đại

(Dân trí) - Những bằng chứng hoá thạch mới được phát hiện ở Namibia ủng hộ giả thiết rằng đợt tuyệt chủng trên diện rộng đầu tiên trên thế giới được tạo ra do những “kĩ sư sinh thái” – những sinh vật hữu cơ mới tiến hoá đã thay đổi môi trường sống mạnh mẽ đến nỗi khiến cho những loài động vật cũ tuyệt chủng.

Thứ năm, 04/08/2016 - 09:02

Phát hiện cung điện hoàng gia có niên đại từ thế kỷ thứ 6
Phát hiện cung điện hoàng gia có niên đại từ thế kỷ thứ 6

(Dân trí) - Một cung điện hoàng gia đã được phát hiện ở khu vực được cho là nơi sinh của vị Hiệp sĩ nổi tiếng nhất nước Anh. Các nhà khảo cổ học tin rằng họ đã tìm thấy một cung điện Dark Age ở Tintagel, Cornwall mà từ lâu các học giả đã tranh luận rằng đó là nơi sinh ra của Vua Arthur.

Thứ năm, 04/08/2016 - 05:19

Khi nào thì cha mẹ cần lo lắng nếu con mình quá nhút nhát?
Khi nào thì cha mẹ cần lo lắng nếu con mình quá nhút nhát?

(Dân trí) - Khi các bậc phụ huynh quan sát sự nhút nhát ở con của họ, họ thường tự hỏi điều đó là bình thường hay đáng lo ngại?

Thứ năm, 04/08/2016 - 04:56

Trồng cỏ bồ công anh để sản xuất cao su
Trồng cỏ bồ công anh để sản xuất cao su

(Dân trí) - Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Ohio đã phát triển được giống cỏ bồ công anh chứa cao su tự nhiên ở trong rễ. Đây là loại cỏ dại tràn ngập các vùng ngoại ô, có thể trở thành cây cao su thế hệ mới. Nhóm nghiên cứu đang tìm cách cải tiến giống cỏ này để nó có thể sinh trưởng nhanh và hiệu quả đến mức trở một nguồn cao su bền vững.

Thứ tư, 03/08/2016 - 04:25

Chế tạo thành công rô-bốt chuyển động dạng sóng đơn
Chế tạo thành công rô-bốt chuyển động dạng sóng đơn

(Dân trí) - Mới đây, lần đầu tiên nhóm nghiên cứu trường Đại học Ben-Gurion Negev (Israel) đã phát triển thành công rô-bốt chuyển động dạng sóng đơn (SAW). Nó tạo ra các chuyển động hình sóng bằng cách sử dụng chỉ một động cơ duy nhất. Rô-bốt SAW có thể ứng dụng trong y tế, bảo dưỡng, các tình huống tìm kiếm, cứu nạn và an ninh.

Thứ tư, 03/08/2016 - 11:56

Vườn sinh học Israel lâm vào khủng hoảng viện trợ
Vườn sinh học Israel lâm vào khủng hoảng viện trợ

(Dân trí) - 11 vườn sinh học của Israel đang chật vật để có thể xoay sở khi Bộ nông nghiệp của quốc gia này cắt giảm mạnh nguồn kinh phí. Những vườn sinh học này là nơi tổ chức các chương trình nghiên cứu và giáo dục và thường kết hợp với các đại học, được biết nguồn đầu tư từ chính phủ năm nay sẽ giảm hơn 50%.

Thứ tư, 03/08/2016 - 09:52

ĐÁNG QUAN TÂM
Thức ăn thừa được tái sử dụng ở các nhà hàng Trung Quốc
Thức ăn thừa được tái sử dụng ở các nhà hàng Trung Quốc

(Dân trí) - Theo báo cáo của The Epoch Times, tại Trung Quốc, hàng tấn thức ăn thừa như thịt lợn chua ngọt, bánh bao, chả giò, nem cuốn, hoành thánh và moo goo gai pan (là món ăn Trung Quốc được làm từ gà và nấm) được chế biến thành những sản phẩm có thể bán được nhờ các kỹ năng tái chế hoàn hảo của các chủ nhà hàng Trung Quốc.

Thứ tư, 03/08/2016 - 06:11

Dấu chân khủng long lớn nhất từng thấy ở Bolivia
Dấu chân khủng long lớn nhất từng thấy ở Bolivia

(Dân trí) - Một dấu chân rộng khoảng 1 mét của kẻ săn mồi ăn thịt cách đây 80 triệu năm được phát hiện ở Bolivia, đây là một trong những dấu chân lớn nhất từng thấy về loài này.

Thứ ba, 02/08/2016 - 05:57

Nhà báo Hàm Châu từng nghĩ mình sẽ thượng thọ 106 tuổi
Nhà báo Hàm Châu từng nghĩ mình sẽ thượng thọ 106 tuổi

(Dân trí) - Nhà thơ Nguyễn Sĩ Đại cho rằng, lúc sinh thời, nhiều anh em bạn bè, đồng nghiệp và cộng sự khuyên nhà báo Hàm Châu nên viết hồi ký hoặc di chúc nhưng ông cho rằng mình đang khoẻ và có thể sống đến 106 tuổi nên chưa phải vội.

Thứ ba, 02/08/2016 - 01:36

Thương tiếc Nhà báo - Nhà văn Hàm Châu
Thương tiếc Nhà báo - Nhà văn Hàm Châu

(Dân trí) - Trong cuộc gặp mặt của báo Nhân Dân gần đây, ngồi bên anh Hàm Châu, tôi còn có dịp tặng Anh tập thơ mới xuất bản “Qua vườn xuân”, vậy mà bây giờ Anh đã trở thành người thiên cổ!

Thứ ba, 02/08/2016 - 01:02

Cận cảnh máy chữa lành vết thương không cần kháng sinh "made in Việt Nam"
Cận cảnh máy chữa lành vết thương không cần kháng sinh "made in Việt Nam"

(Dân trí) - Sau một thời gian nghiên cứu chế tạo rồi đưa vào thử nghiệm mang lại những hiệu quả tích cực, được kiểm nghiệm và thử nghiệm lâm sàng tại nhiều bệnh viện lớn, chiếc máy PlasmaMed của tiến sỹ 8X Đỗ Hoàng Tùng đã được Bộ Y tế cấp giấy chứng nhận đăng ký lưu hành sản phẩm thiết bị y tế. Đây được coi là chiếc máy PlasmaMed "made in Việt Nam" đầu tiên được đưa vào thử nghiệm chữa lành vết thương mà không cần kháng sinh.

Thứ ba, 02/08/2016 - 11:29

Robot có khả năng tự động xây dựng căn nhà trong hai ngày
Robot có khả năng tự động xây dựng căn nhà trong hai ngày

(Dân trí) - Một công ty Úc vừa giới thiệu một robot có khả năng tự động xây dựng và hoàn thiện một căn nhà chỉ trong vòng hai ngày, với tên gọi Hadrian X.

Thứ ba, 02/08/2016 - 09:21

Liều thuốc “giải độc” cho người làm công việc bàn giấy?
Liều thuốc “giải độc” cho người làm công việc bàn giấy?

(Dân trí) - Chỉ một giờ mỗi ngày có thể tránh xa cái chết. Một phân tích dữ liệu từ một triệu người đã phát hiện ra rằng: một giờ hoạt động thể chất điều độ mỗi ngày là đủ để hủy bỏ các tác động chết người của việc ngồi làm việc tại bàn cả ngày.

Thứ ba, 02/08/2016 - 09:12

Nhà báo "khoa học" Hàm Châu qua đời ở tuổi 83
Nhà báo "khoa học" Hàm Châu qua đời ở tuổi 83

(Dân trí) - Nhà báo, nhà văn Hàm Châu - cây bút nổi tiếng viết về chân dung các nhà khoa học Việt Nam vừa qua đời ở tuổi 83 tại Hà Nội sau một cơn đột quỵ. Sự ra đi của ông đã khiến khá nhiều nhà khoa học Việt Nam bất ngờ bởi ông vẫn đang rất hăng say với nghề báo.

Thứ ba, 02/08/2016 - 08:51

Sản xuất chai nhựa từ phần thừa của cây ngô
Sản xuất chai nhựa từ phần thừa của cây ngô

(Dân trí) - Các nhà hóa học từ Đại học Stanford đã phát triển một phương pháp sản xuất chai nhựa mới mà không để lại “dấu chân carbon”.

Thứ ba, 02/08/2016 - 12:23

Sóng điện từ của điện thoại di động có thể gây ung thư não
Sóng điện từ của điện thoại di động có thể gây ung thư não

(Dân trí) - Viện Đại học Ung thư Pittsburg (UPCI) từng cho rằng, có sự liên quan giữa việc sử dụng điện thoại di động và bệnh ung thư não, bao gồm những cảnh báo đối với trẻ em không sử dụng điện thoại di động, trừ khi có trường hợp khẩn cấp.

Thứ ba, 02/08/2016 - 12:11

Phát hiện ung thư trong chân của tổ tiên người cổ đại
Phát hiện ung thư trong chân của tổ tiên người cổ đại

(Dân trí) - Nhóm các nhà khoa học quốc tế đã phát hiện ra bằng chứng lâu đời nhất của bệnh ung thư trong mẫu ngón chân hóa thạch của tổ tiên người cổ đại tại hang động Swartkran ở Nam Phi. Phát hiện này chứng minh ung thư không phải là căn bệnh của xã hội hiện đại như một số người nhận đinh.

Thứ hai, 01/08/2016 - 12:11

Con người đang là nỗi khiếp sợ của các loài thú
Con người đang là nỗi khiếp sợ của các loài thú

(Dân trí) - Một nghiên cứu mới của Đại học Western chỉ ra rằng ngày nay trên toàn thế giới, số lượng thú săn mồi bị con người săn bắn lớn hơn nhiều lần số lượng thú chết bởi những loài ăn thịt khác, và những kết quả này đã chỉ ra rằng những loài thú săn mồi nhỏ đã biết sợ con người hơn bất kì một thiên địch nào khác.

Thứ hai, 01/08/2016 - 11:11