Buzz
Công nghệ pin mới này mở ra khả năng làm cho điện thoại mỏng như thẻ tín dụng và xe điện có thể hoạt động lâu hơn tới 70%, đánh dấu một bước tiến lớn trong ngành lưu trữ năng lượng.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển 'pin cấu trúc' hứa hẹn sẽ cải cách việc chế tạo xe điện và thiết bị điện tử. Loại pin này không chỉ cung cấp năng lượng mà còn thay thế kết cấu khung của ô tô và thiết bị, giúp giảm trọng lượng đáng kể và cải thiện hiệu suất. Theo các chuyên gia, công nghệ này có khả năng tạo ra sản phẩm mới như điện thoại thông minh siêu mỏng và máy tính xách tay nhẹ hơn một nửa so với hiện tại, đồng thời tăng phạm vi hoạt động của xe điện lên tới 70%.
Pin cấu trúc và khả năng giảm trọng lượng
Hiện nay, xe ô tô điện dựa vào các bộ pin lithium-ion lớn để đạt được phạm vi di chuyển xa. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers ở Thụy Điển đã phát triển một loại pin vừa cung cấp năng lượng vừa đóng vai trò như vật liệu chịu lực cho cấu trúc xe. Điều này giúp tạo ra những chiếc xe nhẹ hơn mà vẫn duy trì độ cứng và khả năng vận hành.
Loại pin mới này, được gọi là 'pin cấu trúc', sử dụng vật liệu sợi carbon. Sợi carbon nổi bật với trọng lượng nhẹ, độ bền cao và khả năng chịu lực mạnh mẽ, và trong nghiên cứu của nhóm Chalmers, nó không chỉ là vật liệu cấu trúc mà còn là vật liệu điện cực. Nhờ đó, pin cấu trúc không chỉ lưu trữ năng lượng mà còn giảm trọng lượng tổng thể của xe điện.
Pin cấu trúc sợi carbon được nghiên cứu và phát triển tại Đại học Công nghệ Chalmers, Thụy Điển.
Hiệu suất của pin cấu trúc
Pin cấu trúc do nhóm nghiên cứu phát triển có mật độ năng lượng 30 Wh/kg. Mặc dù không cao bằng các bộ pin hiện đại như của Hyundai Ioniq 6 với mật độ 153 Wh/kg, nhưng khi tính cả khung gầm xe, hiệu suất tổng thể có thể được cải thiện đáng kể.
Áp dụng pin cấu trúc giúp các nhà sản xuất giảm trọng lượng sản phẩm hoặc tận dụng không gian thêm để lắp thêm pin, từ đó gia tăng khả năng lưu trữ năng lượng. Điều này có thể làm cho xe điện di chuyển xa hơn và thiết bị điện tử trở nên nhẹ hơn và hiệu quả hơn.
Pin sợi carbon không chỉ lưu trữ năng lượng mà còn hỗ trợ tải trọng tương tự như nhôm.
Cải cách ngành công nghiệp ô tô điện
Giáo sư Leif Asp cho biết công nghệ pin cấu trúc có thể tạo ra bước đột phá lớn cho ngành ô tô điện. 'Xe điện trang bị pin cấu trúc có thể tăng phạm vi di chuyển lên đến 70%', ông nói. Điều này đồng nghĩa với việc người dùng sẽ có cơ hội trải nghiệm xe điện với phạm vi hoạt động rộng hơn, trọng lượng nhẹ hơn và thân thiện hơn với môi trường.
Pin cấu trúc loại bỏ các thành phần nặng như bộ thu dòng điện bằng đồng và kim loại như coban, vốn gây lo ngại về môi trường và sức khỏe. Thay vào đó, sợi carbon trong pin đảm nhiệm cả chức năng cực dương và cực âm, giúp nâng cao hiệu suất và giảm trọng lượng.
Thiết kế và độ an toàn của pin cấu trúc
Pin cấu trúc mới không chỉ nhẹ hơn mà còn an toàn hơn nhờ sử dụng chất điện phân bán rắn thay vì chất lỏng như pin lithium-ion thông thường, giảm thiểu nguy cơ cháy nổ. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu vẫn đang làm việc để cải thiện tốc độ di chuyển của ion trong chất điện phân để đáp ứng nhu cầu năng lượng cao trong các ứng dụng lớn.
Hiện tại, pin cấu trúc vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm và cần nhiều năm nghiên cứu trước khi có thể sản xuất đại trà. Tuy nhiên, những tiến bộ đạt được là rất đáng khích lệ. Nhóm của Asp đã mở rộng kích thước của nguyên mẫu và nâng mô đun đàn hồi từ 25 gigapascals lên 70 gigapascals, mang lại độ cứng tương đương nhôm nhưng nhẹ hơn nhiều.
Các nhà nghiên cứu Zhenyuan Xia, Richa Chaudhary và giáo sư Leif Asp đã nghiên cứu về lưu trữ năng lượng trong nhiều năm qua.
Thương mại hóa và ứng dụng trong tương lai
Đại học Chalmers đã hợp tác với Chalmers Ventures để thành lập công ty Sinonus nhằm thương mại hóa công nghệ pin cấu trúc. Sinonus hướng đến phát triển các sản phẩm như ô tô, thiết bị điện tử và cánh tuabin gió dựa trên công nghệ lưu trữ năng lượng không khối lượng này.
Giáo sư Asp hy vọng rằng, trong tương lai gần, các thiết bị như điện thoại thông minh và máy tính xách tay sẽ mỏng và nhẹ hơn, thậm chí giảm đến một nửa trọng lượng hiện tại. Ông cũng tin rằng công nghệ pin cấu trúc sẽ trở thành yếu tố quan trọng trong các ngành công nghiệp yêu cầu lưu trữ năng lượng cao, như giao thông vận tải và hàng không.
Pin cấu trúc có khả năng cách mạng hóa ngành công nghiệp xe điện và thiết bị điện tử bằng cách giảm trọng lượng, nâng cao hiệu suất và mở ra cơ hội cho những thiết kế sản phẩm mới. Dù còn nhiều thách thức phải vượt qua, công nghệ này đang phát triển mạnh mẽ và có thể trở thành giải pháp quan trọng trong việc giảm phát thải và hướng tới một tương lai năng lượng bền vững.
