Nhật Bản tìm ra cách giúp pin Lithium dùng 5 năm không xuống cấp

Giáo sư Noriyoshi Matsumi cùng các cộng sự tại Viện khoa học và công nghệ tiên tiến Nhật Bản vừa tìm ra một loại polymer mới, khi ứng dụng với kết cấu pin Lithium-ion hiện tại có thể đảm bảo tuổi thọ pin kéo dài 5 năm mà không bị ảnh hưởng đến dung lượng điện năng chúng có thể tích trữ.

Trước khi nói đến loại polymer này, phải giải thích lý do vì sao pin trong điện thoại và laptop của anh em sau một thời gian sử dụng bị xuống cấp, không có thời lượng xả điện như pin mới trong thiết bị mới. Lý do là vì điện cực dương bằng graphite trong pin li-ion phải được giữ cố định bằng một loại chất kết dính, để anode không bị vỡ vụn khi dòng điện di chuyển giữa nó, chất điện giải và cực âm. Hiện giờ, chất kết dính anode trong pin li-ion thường là một polymer tên là poly(vinylidene fluoride), viết tắt là PVDF.

Giáo sự Matsumi, cùng các cộng sự là giáo sư Tatsuo Kaneko, giảng viên Rajashekar Badam, học viên tiến sỹ Agman Gupta và nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ Aniruddha Nag đã tìm ra một loại copolymer mới hiệu quả hơn PVDF trong quá trình giữ cố định anode bằng graphite, gọi là bis-imino-acenaphthenequinone-paraphenylene, viết tắt là BP.

Tên thì khác xa, nhưng khác biệt khiến BP tốt hơn PVDF khá dễ hiểu, BP kết dính vào anode tốt hơn và có độ bền cơ học cao hơn, dẫn điện tốt hơn. Tất cả những tính chất này dẫn đến hệ quả là lớp điện phân giữa hai điện cực có thể mỏng hơn, giảm tối đa điện trở tồn tại trong quá trình cục pin vận hành. BP cũng trơ hơn so với PVDF trong môi trường chất điện phân, tốn nhiều thời gian hơn để phân rã chúng, từ đó anode sẽ hoạt động tốt trong khoảng thời gian lâu hơn so với những công nghệ pin li-ion hiện tại.

Giáo sư Matsumi cho biết: “Ví dụ một mẫu pin li-ion dùng chất kết dính anode PVDF chỉ giữ được khoảng 65 phần trăm khả năng tích trữ và xả điện năng sau 500 chu kỳ sạc xả. Trong khi đó mẫu pin dùng chất kết dính BP giữ được 95 phần trăm khả năng vận hành sau 1.700 chu kỳ sạc xả.”

Đưa con số nghiên cứu khoa học đó ra ngoài ứng dụng đời thật, Apple từng giải thích như thế này: “Bạn sẽ hoàn tất 1 chu kỳ sạc xả nếu cục pin vận hành (xả điện) để xả năng lượng bằng 100% dung lượng pin ở thời điểm ấy. Xả hết pin đã cắm sạc tiếp không được coi là một chu kỳ. Lấy ví dụ, bạn có thể dùng 75% pin trong 1 ngày, rồi cắm sạc để qua đêm. Nếu bạn dùng tiếp 25% dung lượng pin vào ngày hôm sau, pin đã xả 100% dung lượng điện, và đó là 1 chu kỳ sạc xả.” Điều này có nghĩa là, một cục pin điện thoại có thể vận hành 5 năm liên tục mà không xuống cấp.

Giáo sư Matsumi cho biết thêm: “Phát kiến giúp pin tăng độ bền như thế này có thể giúp phát triển những sản phẩm bền hơn, sử dụng được lâu hơn. Cũng qua đó, những nghiên cứu như thế này sẽ kích thích người tiêu dùng mua những sản phẩm đắt tiền vận hành bằng pin như xe điện, vì độ bền của chúng đã được cải thiện đáng kể.”

Đây không phải nghiên cứu duy nhất để nâng cấp khả năng của pin li-ion. Những nhà khoa học ở MIT, Mỹ vừa rồi đã phát hiện ra sử dụng điện cực gốc kim loại thay vì điện cực graphite có thể tăng đáng kể công suất điện trữ được trong pin. Cùng với đó, pin li-ion còn có thể bị thay thế bởi pin Lithium Sulfur, sản xuất rẻ hơn và dễ trở về trạng thái ban đầu hơn sau một thời gian dài sử dụng và xuống cấp. Pin Lithium Sulfur có thể là câu trả lời cho ngành vận tải sử dụng những phương tiện chạy năng lượng điện, như máy bay không người lái, xe bus, xe tải hay thậm chí cả tàu điện nữa.

Theo Independent