Trên thị trường, chúng tôi có sẵn một số loại pin. Pin có khả năng quản lý năng lượng để cung cấp cho nó và do đó cho phép một số thiết bị và đồ dùng nhất định hoạt động. Pin Lithium-ion là nguồn năng lượng của hầu hết thế giới hiện đại, từ điện thoại thông minh, máy tính xách tay đến ô tô điện và máy bay. Mọi tiến bộ khoa học giúp cải thiện hiệu suất pin đều có liên quan và đây là những cải tiến về pin lớn nhất của năm 2021.
Một số tiến bộ đến từ thử nghiệm với các vật liệu thay thế trong khi những người khác đến từ cách tiếp cận thiết kế lại hoàn toàn một thiết bị và cách nó hoạt động từ đầu. Đây là một số ví dụ sáng tạo và thú vị nhất.
Hướng tới một khoản phí nhanh hơn
Một trong những cách mà các nhà khoa học đang nghiên cứu để cải thiện tốc độ sạc của pin là sử dụng cấu trúc xốp cho cực dương, một trong hai điện tử của nó. Điều này mang lại diện tích tiếp xúc lớn hơn với chất điện phân lỏng mang các ion liti và cho phép chúng khuếch tán dễ dàng hơn qua vật liệu. Do đó, pin sạc nhanh hơn nhiều.
Vào tháng XNUMX, các nhà khoa học tại Đại học Twente đã tạo ra một cực dương bằng vật liệu gọi là niken niobate. Nó có cấu trúc tinh thể mở và đều đặn với sự lặp lại của các kênh giống nhau tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển các ion. Làm việc trên một tế bào pin đầy, các nhà khoa học nhận thấy nó được cung cấp tốc độ nạp tiền cực nhanh , nhanh hơn tới 10 lần so với các loại pin ion hiện nay. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng niken niobate có mật độ khối cao hơn graphite, điều này cũng có thể dẫn đến pin thương mại nhẹ hơn và nhỏ gọn hơn.
Hồi sinh liti
Các nhà khoa học tại Đại học Stanford đã phát hiện ra một cách để vô hiệu hóa các nhóm "lithium chết" có hại và hồi sinh chúng để tăng hiệu suất của pin. Nhóm các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng “việc thêm một điện áp cao trong quá trình sạc sẽ kích thích hoạt động của lithium không hoạt động này, khiến nó trượt 'như một con sâu' và kết nối lại với điện cực, làm tăng tuổi thọ của điện cực. pin của 30% ”.
Một bước đột phá có thể mang lại những cải tiến trong thiết kế của pin sạc nhanh hoặc pin có thể sạc lại. Vấn đề này là có thật trong pin kim loại lithium thế hệ tiếp theo , có khả năng chứa năng lượng gấp 10 lần. Do đó, tiến bộ này có thể mang lại cho nó những giải pháp mới rất hứa hẹn.
Pin kiểu bánh sandwich mới
Kim loại liti có công suất và mật độ năng lượng cao hơn nhiều so với than chì và đồng. Đây là lý do tại sao các nhà khoa học nhìn thấy rất nhiều tiềm năng trong pin kim loại lithium.
Nhà khoa học vật liệu Harvard Tân Lý đã tiết lộ một loại pin mới kiểu bánh sandwich vào tháng XNUMX có thể khắc phục một số vấn đề ổn định đang gây khó khăn cho các thiết kế kim loại lithium cho đến nay. Sau khi kiểm tra, nhóm khoa học đã có thể xác minh rằng pin được giữ lại 82% công suất của nó sau 10,000 chu kỳ sạc. Hứa hẹn nhất, nó đã chứng minh một loại mật độ dòng điện mà một ngày nào đó có thể cho phép xe điện sạc trong 20 phút.
Thiên nhiên như một nguồn cảm hứng
Vào tháng XNUMX, một nhóm các nhà khoa học từ Hoa Kỳ đã xem xét một giải pháp thú vị khác cho các vấn đề ổn định liên quan đến pin kim loại lithium. Lần này, họ hướng về thiên nhiên để tìm cảm hứng. Bước đột phá này, một lần nữa, bắt đầu từ khái niệm sử dụng chất điện phân rắn thay vì chất lỏng để mang điện tích. Trong trường hợp này, các nhà khoa học đã sử dụng sợi nano xenlulo có nguồn gốc từ gỗ .
“Những ống polyme cực nhỏ này kết hợp với đồng để tạo thành một dây dẫn ion rắn, với các lỗ nhỏ giữa các chuỗi polyme hoạt động như 'siêu xa lộ ion', cho phép các ion liti di chuyển với hiệu suất kỷ lục." Điều này có nghĩa là vật liệu có độ dẫn cao hơn từ 10 đến 100 lần so với các dây dẫn ion polyme khác.
Mới tiếp nhận một thiết kế cũ
Pin kim loại kiềm clo đã xuất hiện từ những năm 1970 và cung cấp mật độ năng lượng cao. Clo hoạt tính cao chỉ kéo dài một lần sử dụng. Vào tháng XNUMX, các nhà khoa học tại Đại học Stanford đã tìm ra cách để ổn định phản ứng này và cho phép các loại pin này sạc lại.
Giải pháp này bao gồm một vật liệu điện cực “làm bằng carbon xốp hấp thụ các phân tử clo không ổn định và chuyển đổi chúng thành natri clorua một cách an toàn, dạng ban đầu của chúng trước khi phóng điện”. MỘT chu kỳ có thể được lặp lại lên đến 200 lần trong một pin thử nghiệm cung cấp mật độ gấp khoảng sáu lần so với công nghệ lithium-ion hiện tại.
Dải liti rất mỏng
Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (PNNL) “tập trung vào những gì được gọi là giao diện điện phân rắn (SEI) , là một màng mỏng trên đầu cực dương mà nó đóng vai trò điều khiển quan trọng bằng cách kiểm soát những phân tử nào đi vào từ chất điện phân trong chu kỳ ”.
Họ đã tìm ra một giải pháp mới dưới dạng các dải liti rất mỏng với chiều rộng khoảng 20 micron, mỏng hơn nhiều so với tóc người. Nguyên mẫu pin di động túi của nhóm nghiên cứu có cực dương này giữ lại 76% dung lượng trong 600 chu kỳ.
Sử dụng chất điện phân rắn
Tính năng tiên tiến này có pin với Điện cực "bán rắn" được làm bằng hợp kim natri và kali mà các nhà nghiên cứu so sánh với vật liệu mà các nha sĩ sử dụng để trám các lỗ sâu răng, do độ cứng và khả năng chảy và tạo khuôn của nó.
“Khi vật liệu này tiếp xúc với chất điện phân rắn, nó có độ đàn hồi vừa đủ để tránh loại vết nứt hình thành trong vật liệu điện cực cứng hơn và giòn hơn.” Vật liệu này được phép cho mật độ hiện tại cao hơn , gấp khoảng 20 lần, mở đường cho tốc độ sạc cao hơn nhiều.
