Pin Lithium-Sulfur (Li-S) - Nguồn năng lượng của tương lai xe điện

Một bước đột phá về pin mang tính cách mạng có thể cho phép xe điện đi được quãng đường 545 dặm (878 km) từ Sydney đến Melbourne ( Úc ) chỉ với một lần sạc.

Ngày nay, các loại xe điện và điện thoại di động của chúng ta chủ yếu đều sử dụng pin lithium-ion được sản xuất bằng sự kết hợp với các vật liệu kim loại như coban, niken và mangan, nhưng những kim loại này đang ngày càng trở nên khan hiếm trên thế giới khiến chúng trở lên đắt đỏ.

Các nhà khoa học đã nghiên cứu tìm ra một vật liệu thay thế khác đó là lưu huỳnh, đây là nguyên tố có trữ lượng lớn, dồi dào trên thế giới vậy nên giá thành của nó rẻ hơn nhiều so với những kim loại nêu trên. Mặt khác pin Lithium-Sulfur ( Li-S ) có khả năng chứa năng lượng gấp hai đến năm lần trên mỗi kg so với pin lithium-ion.

Pin Lithium - Sulfur đảm bảo được các yêu cầu mới của xu thế phát triển xe điện hiện nay.

Nghiên cứu mới đã nảy ra một giải pháp tiềm năng cho vấn đề này, theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications , nhóm nghiên cứu của Đại học Monash đã phát hiện ra cách chế tạo pin lithium-sulfur (Li- S) để có thể sạc lại 1.000 lần và họ cho biết chi phí sản xuất pin này rẻ hơn đáng kể so với các loại pin tương đương lithium-ion.

Tuy nhiên, để sản xuất pin (Li- S) đã gặp một vấn đề về kỹ thuật, chúng bị phân hủy nhanh chóng khi được sạc lại do điện cực dương lưu huỳnh bị giãn nở nhanh và co lại đáng kể, làm suy yếu các ion và khiến nó không thể tiếp cận được với lithium.

Năm 2020, nhóm nghiên cứu của Đại học Monash đã chứng minh rằng họ có thể mở cấu trúc của điện cực lưu huỳnh làm tăng tính di chuyển cho các ion để nó dễ tiếp cận hơn với lithium.

Trong nghiên cứu mới nhất của mình, họ đã có thể ổn định lưu huỳnh, ngăn nó di chuyển và làm mờ điện cực lithium bằng cách (kết hợp đường) vào cấu trúc giống như mạng của điện cực.

Các nhà nghiên cứu đã chế tạo các nguyên mẫu tế bào thử nghiệm, cho thấy tuổi thọ sạc-xả ít nhất 1.000 chu kỳ trong khi vẫn giữ được dung lượng lớn hơn đáng kể so với pin lithium-ion tương đương.

Các nhà nghiên cứu tin rằng họ có thể chế tạo một loại pin nguyên mẫu có thể lưu trữ năng lượng gấp nhiều lần so với pin lithium-ion có cùng kích thước và những loại pin này sẽ rẻ hơn nhiều so với sản xuất với pin lithium-ion vì chúng sử dụng lưu huỳnh.

Về cơ bản, Li-S sử dụng những nguyên liệu của pin lithium-ion tiêu chuẩn, nhóm các nhà nghiên cứu đã cải tạo thiết kế cực âm sulphur (lưu huỳnh) để sản phẩm pin có thể đạt hiệu suất cao khi sạc, và ít tiêu hao khi vận hành.

Giáo sư trưởng nhóm nghiên cứu Mainak Majumder - Đại học Monash Australia, cho rằng loại pin này không chỉ có công suất cao, tuổi thọ pin dài, mà còn dễ sản xuất với chi phí thấp. Ngoài ra, sản phẩm này có thể giảm tác động tiêu cực đến môi trường.

Dù vẫn đang được tiếp tục phát triển và chắc chắn chưa thể tinh chế thành sản phẩm thương mại hoàn chỉnh trong thời điểm hiện tại bây giờ, nhưng cùng với những ưu điểm trên, pin Lithium-Sulfur (Li-S) hứa hẹn sẽ là công nghệ của tương lai thay thế hoàn hảo cho thế hệ pin Lithium-Ion.

Theo Tạp chí Điện tử