#tinhtelookback: 7 công nghệ chế tạo pin sáng tạo nhất năm 2021

Hệ thống pin lithium-ion là một bộ phận đóng vai trò rất quan trọng trong rất nhiều thiết bị điện tử, máy móc cũng như phương tiện giao thông trong thế giới hiện đại ngày nay, từ điện thoại, máy ảnh, máy tính xách tay, cho đến xe máy điện, ô tô điện và máy bay điện, v.v... Chính vì thế, mọi bước đột phá về công nghệ nhằm cải thiện hiệu suất của chúng đều là một bước cực kỳ quan trọng để con người có thể tạo ra những thiết bị tối ưu hơn, phục vụ tốt hơn cho nhu cầu của người dùng.

Những công nghệ pin đột phá & sáng tạo trong năm 2021 bao gồm việc tìm ra các vật liệu thay thế, trong khi một số ý tưởng khác đến từ việc tái cấu trúc toàn bộ thiết bị và cách chúng hoạt động ngay từ đầu. Năm 2021 vừa qua là năm mà con người đã tạo ra một loạt các ý tưởng xuất sắc về công nghệ pin, chúng là kết quả nghiên cứu tâm huyết của rất nhiều nhà khoa học. Mời anh em cùng nhìn lại những công nghệ chế tạo pin sáng tạo & thú vị nhất trong năm qua nhé! Biết đâu một ngày nào đó, cái điện thoại anh em đang cầm trên tay lại là một sản phẩm thừa hưởng thành quả từ các công nghệ này rồi sao. 😁

1. Vật liệu chế tạo pin mới

Một trong những cách mà các nhà khoa học hy vọng có thể cải thiện tốc độ sạc của pin Lithium-ion là sử dụng "cấu trúc xốp" cho cực dương, một trong hai điện cực của pin. Điều này cung cấp một diện tích tiếp xúc lớn hơn giữa nó và chất điện phân (môi trường vận chuyển các ion lithium) và cho phép chúng khuếch tán dễ dàng hơn qua vật liệu, vì vậy nó sẽ có khả năng giúp cho pin sạc nhanh hơn rất nhiều so với hiện nay.

Quảng cáo

Vào tháng 11 vừa qua, một bước đi mới đầy hứa hẹn của công nghệ này đã được thực hiện bởi các nhà khoa học tại Đại học Twente (Hà Lan). Họ đã chế tạo một cực dương từ một vật liệu gọi là "nikel niobate". Vật liệu này có một cấu trúc tinh thể dạng mở và đồng đều với rất nhiều "kênh" lặp lại giống hệt nhau, làm cho nó trở nên lý tưởng trong việc vận chuyển ion.

Ý tưởng này đã được hiện thực hoá bằng việc chế tạo thành công một cell pin hoàn chỉnh, và các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng nó có tốc độ sạc cực nhanh, hơn gấp 10 lần so với pin lithium-ion thông thường hiện nay. Tức là, ví dụ như anh em sạc đầy pin cho chiếc điện thoại trong 3 tiếng thì với công nghệ này, nó chỉ mất có 18 phút.

Đây là một cải tiến đáng chú ý nhất trong lĩnh vực vật liệu chế tạo pin cho đến nay. Các vật liệu chế tạo cực dương hiện nay vốn có các "kênh" ngẫu nhiên và không có cách sắp xếp đồng đều, khiến các cấu trúc bị kẹt trong quá trình sạc và pin sẽ nhanh bị chai hơn. Là một chất tạo ngọt, các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng nikel niobate có mật độ thể tích cao hơn so với than chì được sử dụng cho các loại cực dương trong hệ thống pin ngày nay, điều này cũng có thể giúp cho các loại pin thương mại có trọng lượng nhẹ hơn và kích thước nhỏ gọn hơn.

2. Tăng tốc độ sạc, dung lượng và tuổi thọ pin bằng dòng điện cao áp

Khi hệ thống pin hoạt động, các ion lithium di chuyển qua lại giữa hai điện cực theo chu kỳ, nhưng không phải lúc nào tất cả chúng đều hoàn thành hành trình. Điều này tạo thành các "đảo lithium" không hoạt động điện hóa ở giữa và bị ngắt kết nối với các điện cực. Những khối này gây ra sự suy giảm khả năng lưu trữ của pin hoặc thậm chí tệ hơn là nó có thể làm cho thiết bị cháy.



Trong một nghiên cứu khá thú vị, các nhà khoa học tại Đại học Stanford đã tìm ra cách vô hiệu hóa những "đảo lithium" bất hoạt này, và còn giúp chúng hoạt động trở lại để tăng hiệu suất của pin. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng bằng cách thêm một dòng điện cao áp trong quá trình sạc đã giúp các "đảo lithium" bất hoạt này hoạt động trở lại, khiến nó chui vào "như một con sâu" và kết nối lại với điện cực, làm tăng tuổi thọ của pin lên tới 30%.

Theo nhóm nghiên cứu, bước đột phá này có thể dẫn đến những thiết kế cải tiến cho pin sạc nhanh, có dung lượng lớn và tuổi thọ cao hơn hiện tại. Đặc biệt, nhóm nghiên cứu cho biết vấn đề "đảo lithium" bất hoạt là một thử thách hiện hữu đối với việc phát triển pin lithium-metal thế hệ tiếp theo, có mật độ năng lượng cao hơn 10 lần, vì vậy bước đột phá này có thể dẫn đến các giải pháp mới giúp khai phá công nghệ pin mới đầy hứa hẹn này.

3. Thiết kế pin kiểu bánh mì sandwich

Quảng cáo

Một trong những lý do khiến pin lithium có rất nhiều tiềm năng là vì kim loại này có công suất và mật độ năng lượng cao hơn nhiều so với than chì & đồng (2 loại vật liệu phổ biến được sử dụng để làm cực dương trong hệ thống pin). Nhà khoa học vật liệu Xin Li ở trường đại học Harvard đã trình làng một loại pin có thiết kế tương đồng với bánh mì sandwich với khả năng khắc phục một số vấn đề gặp phải về độ ổn định trong cách thiết kế pin lithium hiện nay.



Các vấn đề về độ ổn định này bắt nguồn từ các phần nhô ra giống như cây kim được gọi là "dendrites" hình thành trên cực dương của pin lithium trong quá trình sạc, khiến hiệu suất của pin giảm, nhanh bị hư hoặc thậm chí bắt lửa. Li & các đồng nghiệp của ông đã tìm cách khắc phục điều này bằng cách hoán đổi chất điện phân lỏng của pin bằng một cặp chất rắn, được xếp với nhau như một chiếc bánh mì sandwich kiểu BLT (Bacon, Lettuce, Tomato) để kiểm soát và ngăn chặn sự hình thành các "dendrites" một cách an toàn.

Hơn thế nữa, thiết kế pin kiểu bánh mì sandwich này có thể lấp đầy những khoảng trống do các dendrites tạo ra. Trong thử nghiệm của mình, nhóm nghiên cứu đã nhận thấy pin vẫn giữ được 82% công suất sau 10.000 chu kỳ sạc/xả và hứa hẹn nhất là họ đã chứng minh được mật độ dòng điện có thể cho phép xe điện sạc đầy chỉ trong vòng 20 phút.

4. Sử dụng chất điện phân dạng rắn làm từ gỗ

Bước đột phá này xoay quanh khái niệm sử dụng chất điện phân rắn thay vì chất điện phân lỏng để vận chuyển ion. Các loại pin Lithium-ion hiện nay thường sử dụng chất điện phân dạng lỏng để vận chuyển các ion qua lại giữa hai điện cực, nhưng giờ thì các nhà nghiên cứu của Đại học Brown (ở tiểu bang Rhode Island, Mỹ) đã tìm ra được các chất điện phân thay thế khác. Đó là một nghiên cứu mới, sử dụng cellulose lấy từ gỗ để làm thành phần cơ bản cho một chất điện phân dạng rắn, nó mỏng như tờ giấy, có thể uốn cong và đủ dẻo để hấp thụ áp lực khi pin được sạc và xả.

Quảng cáo

Một nhược điểm của các chất điện phân dạng lỏng được sử dụng trong pin Lithium-ion hiện nay là chúng chứa các chất lỏng dễ bay hơi, có nguy cơ gây cháy nếu thiết bị bị đoản mạch và thúc đẩy sự hình thành các thành phần cặn giống như "xúc tu" làm ảnh hưởng đến hiệu suất pin. Trong khi đó, chất điện phân dạng rắn có thể được làm từ vật liệu không gây cháy, làm cho thiết bị ít bị tạo cặn hơn và có thể mở ra những tiềm năng mới về thiết kế của hệ thống pin, đặc biệt là pin xe điện.

Những chiếc ống polyme có nguồn gốc từ gỗ này được kết hợp với đồng để tạo thành một chất dẫn điện dạng rắn có độ dẫn điện tương tự như gốm sứ và tốt hơn từ 10 - 100 lần so với các chất điện phân polyme khác. Theo nhóm nghiên cứu, điều này có được là do việc bổ sung đồng đã tạo ra khoảng trống giữa các chuỗi polyme cellulose để hình thành một thứ được gọi là "siêu xa lộ ion", cho phép các Lithium ion di chuyển với hiệu suất cực cao.

Vật liệu này có độ dẫn điện lớn hơn từ 10-100 lần so với các chất dẫn ion dạng polyme khác. Bởi vì nó mỏng như giấy và mềm dẻo, nên chất điện phân dạng này có thể chịu được áp lực của chu trình sạc pin tốt hơn, giúp tăng tuổi thọ và đem lại hiệu suất sạc pin cao hơn. Anh em có thể xem chi tiết hơn về công nghệ nêu trên trong bài viết này mà mình đã từng chia sẻ!

5. Tạo ra pin Alkali-Chlorine có thể sạc lại đến 200 lần

Pin Alkali-Chlorine đã xuất hiện từ tận những năm 1970 và điểm mạnh của nó là có mật độ năng lượng cao, rất phù hợp để sử dụng cho những thiết bị có thiết kế nhỏ gọn. Tuy nhiên, do Chlorine có khả năng phản ứng cao nên chúng chỉ được sử dụng có 1 lần, vì thế nên chúng tác động đáng kể đến môi trường khi lượng pin loại này thải ra hàng năm là rất lớn. Vào tháng 8 vừa qua, các nhà khoa học tại Đại học Stanford đã tìm ra cách để ổn định các phản ứng hoá học bên trong loại pin này và cho phép sạc lại chúng một cách hiệu quả, từ đó giảm thiểu tác động đến môi trường.



Họ đã sáng chế ra một dạng vật liệu điện cực mới làm bằng carbon xốp, nó có tác dụng làm xốp các phân tử Chlorine và chuyển đổi chúng thành NaCl một cách an toàn (phân tử ban đầu chứa Chlorine trước khi phóng điện). Chu kỳ này có thể được lặp lại tới 200 lần trong cục pin thử nghiệm, nó có mật độ năng lượng gấp khoảng 6 lần so với công nghệ pin Lithium-ion ngày nay.

6. Pin Li-ion mới có mật độ năng lượng cao kỷ lục

Pin Lithium-metal tiếp tục là trọng tâm chính của các nhà khoa học trong năm nay, và hồi tháng 6 vừa qua, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một loại pin Lithium-ion cực kỳ "đỉnh", phá kỷ lục về hiệu suất cũng như dung lượng. Các nhà khoa học tại Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã tập trung vào cái được gọi là SEI (Solid Electrolyte Interphase), nó là một màng mỏng ở phía trên cực dương, đóng vai trò then chốt bằng cách kiểm soát những phân tử nào đi vào từ chất điện phân trong chu trình hoạt động của pin.



Các phản ứng hoá học phức tạp xảy ra xung quanh cực dương đã ảnh hưởng đến hiệu suất của SEI trong các thiết kế pin hiện tại. Trong thiết kế mới, SEI được tạo thành dưới dạng các dải Lithium rất mỏng, khoảng 20 micromet, mỏng hơn rất nhiều so với sợi tóc của con người. Chúng được sử dụng làm chất nền cho cực dương, giúp nó tương tác với chất điện phân tốt hơn so với loại cực dương có dải Lithium dày hơn, làm cản trở các phản ứng điện hóa quan trọng.



Pin nguyên mẫu của nhóm nghiên cứu có cực dương dạng này giữ lại 76% dung lượng của nó trong 600 chu kỳ, đây là một con số kỷ lục. Và mật độ năng lượng của nó lên đến 350Wh/kg. Để anh em tiện so sánh, các loại pin Lithium-ion xịn nhất đang được sử dụng hiện nay chỉ có mật độ năng lượng khoảng 250-300 Wh/kg.

7. Pin làm từ vật liệu "trám răng", tốc độ sạc nhanh hơn pin thể rắn khác 20 lần

Vào tháng 3/2021, lại có một loại pin thú vị khác sử dụng chất điện phân rắn thay vì dạng lỏng, với thiết kế mới được tuyên bố là "vượt qua một số rào cản lớn trong lĩnh vực này". Loại pin này có một điện cực dạng "bán rắn" làm bằng hợp kim Natri-Kali, được các nhà nghiên cứu ví như vật liệu mà các nha sĩ sử dụng để lấp đầy các lỗ hổng trong răng vì nó có thể vừa cứng chắc, vừa có thể chảy và đúc dễ dàng.



Khi vật liệu này tiếp xúc với chất điện phân rắn, nó có thể ngăn chặn loại vết nứt hình thành trên vật liệu điện cực cứng hơn và giòn hơn. Vật liệu tự phục hồi này đã ngăn chặn sự hình thành các "dendrites" và cũng cho phép mật độ dòng điện cao hơn nhiều so với các loại pin thể rắn khác (lớn hơn khoảng 20 lần), giúp tốc độ sạc cao hơn nhiều so với hiện nay.

Anh em nghĩ gì về những công nghệ chế tạo pin này? Liệu một ngày nào đó chúng ta sẽ có thể sử dụng những thiết bị công nghệ một cách thoải mái mà không phải lo lắng về pin nữa không? 😃

Nguồn: New Atlas

CHUYÊN MỤC NGHỆ THUẬT LÀM GIÀU BỀN VỮNG

Nhấn vào đây để bắt đầu học

Khóa học Machine Learning cơ bản- Khoa học dữ liệu - AI

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

==***==

Khoá học Quản trị Chiến lược Dành cho Lãnh đạo Doanh nghiệp

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

==***==

Nơi hội tụ Tinh Hoa Tri Thức - Khơi nguồn Sáng tạo

Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com

Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com

--- 

Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên ZALO!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên Facebook!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa đào tạo Power BI phân tích báo cáo để bán hàng thành công

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Bảo mật và tấn công Website - Hacker mũ trắng

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học ​

KHÓA HỌC LẬP TRÌNH PYTHON TỪ CƠ BẢN ĐẾN CHUYÊN NGHIỆP

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Lập trình Visual Foxpro 9 - Dành cho nhà quản lý và kế toán

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học hướng dẫn về Moodle chuyên nghiệp và hay

Xây dựng hệ thống đào tạo trực tuyến chuyên nghiệp tốt nhất hiện nay.

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

KHÓA EXCEL CHUYÊN NGHIỆP

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học AutoIt dành cho dân IT và Marketing chuyên nghiệp

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khoá học Word từ cơ bản tới nâng cao, học nhanh, hiểu sâu

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học hướng dẫn sử dụng Powerpoint từ đơn giản đến phức tạp HIỆU QUẢ

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Thiết kế, quản lý dữ liệu dự án chuyên nghiệp cho doanh nghiệp bằng Bizagi

Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng Power Query trong Excel

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Lập trình WEB bằng PHP từ cơ bản đến nâng cao

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng TableAU - Chìa khóa thành công!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng SPSS - Chìa khóa thành công!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học "Thiết kế bài giảng điện tử", Video, hoạt hình 

kiếm tiền Youtube bằng phần mềm Camtasia Studio

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ VIDEO CLIP CHO DÂN MARKETING CHUYÊN NGHIỆP

​​​​​

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ QUẢNG CÁO VÀ ĐỒ HỌA CHUYÊN NGHIỆP VỚI CANVA

Hãy tham gia khóa học để trở thành người chuyên nghiệp. Tuyệt HAY!😲👍

 KHÓA HỌC VIDEO- XÂY DỰNG PHẦN MỀM QUẢN LÝ BẰNG MICROSOFT ACCESS

GOOGLE SPREADSHEETS phê không tưởng

Khóa hoc lập trình bằng Python tại đây

Hãy tham gia khóa học để biết mọi thứ

Để tham gia tất cả các bài học, Bạn nhấn vào đây 

Khóa học lập trình cho bé MSWLogo

Nhấn vào đây để bắt đầu học

Khóa học Ba, Mẹ và Bé - Cùng bé lập trình  TUYỆT VỜI

Khóa học sử dụng Adobe Presenter-Tạo bài giảng điện tử

Khóa học vẽ tạo giao diện demo cho website

Để thành thạo Wordpress bạn hãy tham gia khóa học 

Tham gia khóa học tại đây

Khóa học sử dụng Edmodo để dạy và học hiện đại để thành công

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

==***==

Bảo hiểm nhân thọ - Bảo vệ người trụ cột

Cập nhật công nghệ từ Youtube tại link: congnghe.hocviendaotao.com
Tham gia nhóm Facebook
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com

Nguồn: Tinh Tế

Share !