Mẫn Nhi✔
Admin xinh gái
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Flinders vừa tạo ra mẫu pin kẽm-iodine dung dịch nước với thông số ấn tượng: sạc đầy chỉ trong 3 phút, chịu được hơn 60.000 chu kỳ nạp xả và loại bỏ nỗi lo cháy nổ của pin lithium truyền thống.
Tuổi thọ vận hành ngắn từng là "căn bệnh nan y" kìm chân pin kẽm-iodine dạng dung dịch nước (aqueous zinc-iodine). Thế nhưng, nhóm nghiên cứu tại Đại học Flinders (Úc) dường như đã tìm ra lời giải. Công bố trên tạp chí Angewandte Chemie, họ chế tạo thành công mẫu pin thử nghiệm có thể sạc đầy trong vòng 3 phút và chịu được tới hơn 60.000 chu kỳ nạp xả.
Tùy vào thiết lập vận hành, các cell pin chạy ở mức điện áp 1,3 đến 1,4V:
* Đạt dung lượng 200 mAh/g duy trì qua 8.000 chu kỳ với thời gian sạc 7 phút.
* Đạt 150 mAh/g duy trì qua cột mốc khủng 60.000 chu kỳ với thời gian sạc 3 phút.
Đáng chú ý, tỷ lệ suy hao dung lượng của mẫu pin này cực thấp, chỉ rơi vào khoảng 0,0001% đến 0,0003% sau mỗi chu kỳ. Để dễ hình dung, 60.000 chu kỳ đồng nghĩa với việc nếu mỗi ngày cắm sạc một lần, viên pin này phải mất hơn 160 năm mới bắt đầu suy giảm hiệu năng rõ rệt.
Để bịt lỗ hổng này, nhóm nghiên cứu đã dựng nên một cấu trúc dạng lồng phân tử từ cyclodextrin – một loại polymer có nguồn gốc từ tinh bột, vốn rất rẻ tiền và thường thấy trong ngành thực phẩm hay mỹ phẩm. Chiếc lồng này có lớp vỏ ngoài hút nước nhưng phần lõi bên trong lại đẩy nước, đóng vai trò như một bẫy thông minh để giam lỏng và chỉ giải phóng các hợp chất polyiodide khi cần thiết.
Xét về nguồn cung, nước Úc đang nắm giữ từ 20% đến 28% trữ lượng kẽm đã được xác minh trên toàn cầu. Đây là một lợi thế địa chính trị rõ ràng, mở ra cơ hội giảm bớt sự phụ thuộc vào chuỗi cung ứng pin lithium hiện do Trung Quốc thống trị.
Mặt khác, công nghệ này còn nhắm thẳng vào bài toán môi trường: nước Úc hiện thải ra khoảng 3.300 tấn rác pin lithium mỗi năm, và con số này dự kiến sẽ phình to lên hơn 136.000 tấn vào năm 2036.
Việc viên pin kẽm-iodine này có thể bước ra đời thực để thay thế lithium hay không lại là câu chuyện khác. Nó phụ thuộc hoàn toàn vào dòng vốn đầu tư sản xuất quy mô lớn và mức độ sẵn sàng đón nhận của thị trường thương mại.
Tuổi thọ vận hành ngắn từng là "căn bệnh nan y" kìm chân pin kẽm-iodine dạng dung dịch nước (aqueous zinc-iodine). Thế nhưng, nhóm nghiên cứu tại Đại học Flinders (Úc) dường như đã tìm ra lời giải. Công bố trên tạp chí Angewandte Chemie, họ chế tạo thành công mẫu pin thử nghiệm có thể sạc đầy trong vòng 3 phút và chịu được tới hơn 60.000 chu kỳ nạp xả.
Tùy vào thiết lập vận hành, các cell pin chạy ở mức điện áp 1,3 đến 1,4V:
* Đạt dung lượng 200 mAh/g duy trì qua 8.000 chu kỳ với thời gian sạc 7 phút.
* Đạt 150 mAh/g duy trì qua cột mốc khủng 60.000 chu kỳ với thời gian sạc 3 phút.
Đáng chú ý, tỷ lệ suy hao dung lượng của mẫu pin này cực thấp, chỉ rơi vào khoảng 0,0001% đến 0,0003% sau mỗi chu kỳ. Để dễ hình dung, 60.000 chu kỳ đồng nghĩa với việc nếu mỗi ngày cắm sạc một lần, viên pin này phải mất hơn 160 năm mới bắt đầu suy giảm hiệu năng rõ rệt.
Khóa chất ăn mòn bằng một chiếc "lồng tinh bột"
Trước đây, pin kẽm-iodine luôn đau đầu với hiệu ứng con thoi (shuttle effect): các hợp chất polyiodine liên tục thẩm thấu qua màng ngăn, ăn mòn các thành phần bên trong và làm pin "chết yểu".Để bịt lỗ hổng này, nhóm nghiên cứu đã dựng nên một cấu trúc dạng lồng phân tử từ cyclodextrin – một loại polymer có nguồn gốc từ tinh bột, vốn rất rẻ tiền và thường thấy trong ngành thực phẩm hay mỹ phẩm. Chiếc lồng này có lớp vỏ ngoài hút nước nhưng phần lõi bên trong lại đẩy nước, đóng vai trò như một bẫy thông minh để giam lỏng và chỉ giải phóng các hợp chất polyiodide khi cần thiết.
Lợi thế an toàn và bài toán chuỗi cung ứng
Bên cạnh độ bền vượt trội, pin gốc kẽm còn mang lại nhiều điểm cộng lớn so với công nghệ lithium-ion hiện tại. Chúng an toàn hơn rất nhiều nhờ triệt tiêu nguy cơ cháy nổ, chi phí vật liệu rẻ hơn, trong khi mật độ năng lượng và năng lượng riêng vẫn ngang ngửa hoặc thậm chí nhỉnh hơn lithium-ion.Xét về nguồn cung, nước Úc đang nắm giữ từ 20% đến 28% trữ lượng kẽm đã được xác minh trên toàn cầu. Đây là một lợi thế địa chính trị rõ ràng, mở ra cơ hội giảm bớt sự phụ thuộc vào chuỗi cung ứng pin lithium hiện do Trung Quốc thống trị.
Mặt khác, công nghệ này còn nhắm thẳng vào bài toán môi trường: nước Úc hiện thải ra khoảng 3.300 tấn rác pin lithium mỗi năm, và con số này dự kiến sẽ phình to lên hơn 136.000 tấn vào năm 2036.
Bước cản lớn nhất: Rời khỏi phòng thí nghiệm
Dù các con số trên bàn thử nghiệm rất thuyết phục, công nghệ này hiện vẫn chỉ ở dạng nguyên mẫu (prototype). Nhóm nghiên cứu tại Flinders đang bắt tay với các đối tác trong ngành để xây dựng một nền tảng sản xuất thử nghiệm.Việc viên pin kẽm-iodine này có thể bước ra đời thực để thay thế lithium hay không lại là câu chuyện khác. Nó phụ thuộc hoàn toàn vào dòng vốn đầu tư sản xuất quy mô lớn và mức độ sẵn sàng đón nhận của thị trường thương mại.
