Pin lithium-ion hiện tại là loại pin được sử dụng rộng rãi phổ biến. Tuy nhiên nó vẫn tồn đọng các rủi ro về cháy nổ, giá thành của nó cũng quá đắt để ứng dụng trong các quy mô lớn như xe hơi hay trạm sạc xe điện. Đây là lý do thúc đẩy các nhà nghiên cứu tìm kiếm các thành phần khác để thay thế cho lithium.
Giờ đây các nhà nghiên cứu tại MIT đã phát triển một loại pin mới, được làm hoàn toàn từ các vật liệu phổ biến có giá thành thấp hơn nhiều. Họ quyết định lấy nhôm và lưu huỳnh làm hai vật liệu điện cực với chất điện phân gồm muối chloro-aluminat nóng chảy ở giữa.
Chia sẻ về lý do chọn nhôm và lưu huỳnh, Giáo sư MIT Donald Sadoway cho biết kim loại có ưu thế về thương mại, nhất là sắt, nhưng nó lại không có các đặc tính điện hóa phù hợp cho một loại pin hiệu quả. Kim loại phong phú thứ hai trên thị trường là nhôm lại có thể trở thành món hời cho sản xuất. Sau đó ông cần ghép nối nhôm với loại chất điện phân nào cần đặt ở giữa để mang các ion qua lại trong quá trình sạc và phóng điện. Và rẻ nhất trong số các phi kim loại là lưu huỳnh, vì vậy nó đã trở thành vật liệu điện cực thứ hai.
Đối với chất điện phân, các nhà nghiên cứu không sử dụng các chất lỏng hữu cơ dễ bay hơi, dễ bắt lửa. Chất điện phân là muối có thể hạn chế tình trạng cháy nổ như pin lithium-ion. Nó rất tốt trong việc ngăn chặn sự hình thành các gai kim loại hẹp tích tụ trên một điện cực có nguy cơ phát triển tiếp xúc với điện cực kia, gây ra đoản mạch. Theo Sadoway, họ đã thử một số polyme nhưng cuối cùng đã tìm ra nhiều loại muối nóng chảy có điểm nóng chảy tương đối thấp.
Trong muối nóng chảy, các ion nhôm cũng có thể di chuyển nhanh chóng từ điện cực này sang điện cực khác. Vấn đề lớn là nhôm clorua chỉ nóng chảy ở 192 độ C. Nhưng việc trộn một ít natri clorua và kali clorua đã đưa nó xuống 90 độ C - dưới nhiệt độ sôi của nước và tương thích với nhiều loại vật liệu khác. Tuy nhiên, pin không cần nguồn nhiệt bên ngoài để duy trì nhiệt độ hoạt động của nó. Nhiệt được tạo ra một cách tự nhiên theo phương pháp điện hóa do quá trình sạc và phóng điện của pin.
Ba thành phần cấu tạo nên pin đều rẻ, sẵn có. Đặc biệt nó an toàn và không thể cháy. Ngoài ra pin mới còn có thể sạc rất nhanh.
Ở tốc độ phóng điện thấp, aluminum-sulfur có công suất sạc trên mỗi trọng lượng cao hơn gấp ba lần so với pin lithium-ion. Con số này giảm khi tốc độ sạc/ xả tăng lên, nhưng hiệu suất vẫn được tối ưu.
Nếu pin được xả trong hai giờ và được sạc chỉ trong sáu phút, dung lượng sạc trên mỗi khối cao hơn 25% so với pin lithium-ion. Sau 500 chu kỳ sạc aluminum vẫn có thể giữ lại khoảng 80% dung lượng.
Theo Sadoway, công thức pin mới này phù hợp với quy mô gia đình hoặc doanh nghiệp vừa và nhỏ sản xuất dung lượng lưu trữ vài chục kilowatt giờ. Quy mô nhỏ hơn của pin nhôm-lưu huỳnh cũng sẽ khiến chúng trở nên thiết thực cho các mục đích sử dụng như trạm sạc xe điện.
Nguồn: (1), (2)
Giờ đây các nhà nghiên cứu tại MIT đã phát triển một loại pin mới, được làm hoàn toàn từ các vật liệu phổ biến có giá thành thấp hơn nhiều. Họ quyết định lấy nhôm và lưu huỳnh làm hai vật liệu điện cực với chất điện phân gồm muối chloro-aluminat nóng chảy ở giữa.
Chia sẻ về lý do chọn nhôm và lưu huỳnh, Giáo sư MIT Donald Sadoway cho biết kim loại có ưu thế về thương mại, nhất là sắt, nhưng nó lại không có các đặc tính điện hóa phù hợp cho một loại pin hiệu quả. Kim loại phong phú thứ hai trên thị trường là nhôm lại có thể trở thành món hời cho sản xuất. Sau đó ông cần ghép nối nhôm với loại chất điện phân nào cần đặt ở giữa để mang các ion qua lại trong quá trình sạc và phóng điện. Và rẻ nhất trong số các phi kim loại là lưu huỳnh, vì vậy nó đã trở thành vật liệu điện cực thứ hai.
Đối với chất điện phân, các nhà nghiên cứu không sử dụng các chất lỏng hữu cơ dễ bay hơi, dễ bắt lửa. Chất điện phân là muối có thể hạn chế tình trạng cháy nổ như pin lithium-ion. Nó rất tốt trong việc ngăn chặn sự hình thành các gai kim loại hẹp tích tụ trên một điện cực có nguy cơ phát triển tiếp xúc với điện cực kia, gây ra đoản mạch. Theo Sadoway, họ đã thử một số polyme nhưng cuối cùng đã tìm ra nhiều loại muối nóng chảy có điểm nóng chảy tương đối thấp.
Trong muối nóng chảy, các ion nhôm cũng có thể di chuyển nhanh chóng từ điện cực này sang điện cực khác. Vấn đề lớn là nhôm clorua chỉ nóng chảy ở 192 độ C. Nhưng việc trộn một ít natri clorua và kali clorua đã đưa nó xuống 90 độ C - dưới nhiệt độ sôi của nước và tương thích với nhiều loại vật liệu khác. Tuy nhiên, pin không cần nguồn nhiệt bên ngoài để duy trì nhiệt độ hoạt động của nó. Nhiệt được tạo ra một cách tự nhiên theo phương pháp điện hóa do quá trình sạc và phóng điện của pin.
Ba thành phần cấu tạo nên pin đều rẻ, sẵn có. Đặc biệt nó an toàn và không thể cháy. Ngoài ra pin mới còn có thể sạc rất nhanh.
Ở tốc độ phóng điện thấp, aluminum-sulfur có công suất sạc trên mỗi trọng lượng cao hơn gấp ba lần so với pin lithium-ion. Con số này giảm khi tốc độ sạc/ xả tăng lên, nhưng hiệu suất vẫn được tối ưu.
Nếu pin được xả trong hai giờ và được sạc chỉ trong sáu phút, dung lượng sạc trên mỗi khối cao hơn 25% so với pin lithium-ion. Sau 500 chu kỳ sạc aluminum vẫn có thể giữ lại khoảng 80% dung lượng.
Theo Sadoway, công thức pin mới này phù hợp với quy mô gia đình hoặc doanh nghiệp vừa và nhỏ sản xuất dung lượng lưu trữ vài chục kilowatt giờ. Quy mô nhỏ hơn của pin nhôm-lưu huỳnh cũng sẽ khiến chúng trở nên thiết thực cho các mục đích sử dụng như trạm sạc xe điện.
Nguồn: (1), (2)
