Buzz
Bước tiến mới trong lĩnh vực lưu trữ điện.
Bê tông đã làm nên nền móng cho thế giới hiện đại, nhưng công nghệ tương lai đặt trên nền bê tông đó là pin lithium-ion. Công nghệ pin là trục của hầu hết các thiết bị có thể sạc lại, từ điện thoại di động đến ô tô điện. Tuy nhiên, pin lithium-ion cũng giống như bê tông - chúng là sản phẩm của tự nhiên được con người tạo ra, với rất nhiều vấn đề khó khăn cần giải quyết.
Công nghệ pin lithium-ion sử dụng nguyên liệu độc hại, dễ cháy, điều này làm cho bất kỳ sự hỏng hóc nào cũng có thể biến thiết bị điện thành một quả bom. Tuy nhiên, chúng tôi tin rằng khoa học sẽ tìm ra giải pháp an toàn.
Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng Johns Hopkins (APL) chia sẻ niềm tin đó. Trong suốt 5 năm qua, họ đã nỗ lực để tạo ra một loại pin an toàn gần như hoàn hảo. Năm 2017, họ công bố công nghệ pin mới - một sản phẩm từ việc hợp tác với Đại học Maryland: một loại pin vẫn an toàn ngay cả khi bị cắt, uốn cong, va đập hoặc ngâm nước.
Vào cuối năm ngoái, nhóm tại phòng thí nghiệm Johns Hopkins đã đi xa hơn, tạo ra một loại pin chống lửa với điện áp tương đương với pin hiện có trên thị trường.
Để trở thành 'bất tử' (tức là có khả năng chịu đựng tổn thương nhưng vẫn hoạt động), pin cần phải có một lớp chất điện phân thực sự hiệu quả; chất điện phân chính là thứ ngăn cách cực dương và cực âm trong một viên pin. Khi bạn sử dụng pin li-ion, các hạt lithium mang điện tích di chuyển qua một lớp màng chắn trong chất điện phân, từ cực âm sang cực dương, rồi trải qua phản ứng hóa học để tạo ra năng lượng.
Phần lớn chất điện phân trong pin li-ion sử dụng hợp chất lithium dễ cháy và dung dịch độc hại; Jeff Maranchi, trưởng bộ phận nghiên cứu khoa học vật chất tại APL gọi đây là “công thức gây ra thảm họa”. Nếu vách ngăn mỏng này bị thủng, pin sẽ chập điện, phản ứng hóa học bên trong sẽ tạo ra nhiệt lượng vọt cao đột ngột. Khi nhiệt lan tỏa đến chất điện phân dễ cháy kề cận cực âm nhiều oxy, bạn sẽ gặp vấn đề về hỏa hoạn nhỏ.
Thử nghiệm đốt cháy pin mới của APL.
Pin được tạo ra từ nước có thể tránh được các sự cố, chất điện phân với thành phần chính từ nước sẽ không chỉ an toàn mà còn khá khó cháy. Trong 25 năm qua, khoa học chưa thể áp dụng loại pin này. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tại APL đã tìm ra giải pháp: họ tăng lượng muối lithium trong chất điện phân, kết hợp với nhựa polymer, từ đó nâng cao hiệu điện thế từ 1,2 volt lên 4 volt, tương đương với pin li-ion hiện nay.
Khi Konstantinos Gerasopoulos, nhà nghiên cứu hàng đầu tại APL và cũng là người dẫn dắt nghiên cứu, tìm ra cách gắn cực âm và cực dương với chất điện phân mới, họ tạo ra một loại pin không giống ai. Pin trong suốt và mềm dẻo như kính áp tròng, không độc hại và không cháy, có thể sản xuất và vận hành mà không cần môi trường đóng kín. Điều đặc biệt, dù gặp bất kỳ điều kiện khắc nghiệt nào, pin vẫn hoạt động bình thường.
Trong quá trình thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã đặt pin vào nước muối, cắt nhỏ bằng kéo, va đập mạnh vào, và thậm chí đốt cháy pin, nhưng pin vẫn giữ vững khả năng trữ điện và xả điện hiệu quả. Sau khi bị nung chảy, các nhà nghiên cứu đã loại bỏ phần cháy, và pin tiếp tục hoạt động bình thường trong 100 giờ tiếp theo.
Công nghệ pin nước không chỉ là sản phẩm thử nghiệm, nhóm APL cho biết họ đã hợp tác với một nhà sản xuất khác, sẽ sớm ứng dụng công nghệ mới vào pin lithium-ion hiện tại; quá trình hỗn hợp giữa công nghệ mới và cũ sẽ không gặp nhiều khó khăn. Có khả năng cao, công nghệ này sẽ được áp dụng trong vòng 2 năm tới, và sẽ nâng cao tiêu chuẩn của thiết bị điện tử.
Với khả năng mềm dẻo, công nghệ pin mới sẽ phù hợp cho các thiết bị đeo, thậm chí có thể sẽ tạo ra quần áo thông minh trong tương lai. Khả năng chống va đập, chống cháy và khả năng hoạt động dưới nước sẽ khiến pin “nước” này phù hợp với các ứng dụng quân sự, nghiên cứu dưới đáy biển sâu hay các nhiệm vụ ngoài không gian.
Hiện tại, vẫn còn một số thách thức công nghệ như tuổi thọ của pin vẫn còn thấp. Pin smartphone hiện nay có thể sạc và xả khoảng 1.000 lần, nhưng pin của APL mới chỉ đạt được 100 lần. Theo giáo sư Konstantinos Gerasopoulos, việc điều chỉnh thành phần hóa học trong chất điện phân sẽ giải quyết vấn đề này.
Nếu mọi thứ suôn sẻ, thời kỳ thiết bị điện tử chạy pin dễ cháy nổ sẽ kết thúc trong vòng 2 năm tới.
Tham khảo Wired
