Những phát minh có thể thay đổi thị trường pin thế giới

Những phát minh có thể thay đổi thị trường pin thế giới

Quang Huy 18:18 26/3/2016

Diện mạo ngành công nghiệp pin không có nhiều thay đổi đáng kể suốt 25 năm qua, khi mà công nghệ pin vẫn chưa tạo được bước đột phá đáng ghi nhận. Thách thức này đã thôi thúc các nhà khoa học tập trung nghiên cứu để cho ra đời công nghệ mới nhằm thay đổi thực trạng đáng buồn này. Nhờ đó, nhiều phát minh được kỳ vọng sẽ tạo bước đột phá cho ngành công nghiệp pin đã ra đời. Tuy nhiên, để chúng có thể đi vào cuộc sống, thì vẫn còn nhiều chông gai phía trước.

Pin lithium-ion mới không sử dụng chất lỏng
Hiện tại, pin lithium-ion sử dụng chất lỏng làm dung môi giữa các điện cực, tạo môi trường lý tưởng nhất để vận chuyển các electron từ điện cực này đến điện cực khác. Song, quá trình này có thể xảy ra hiện tượng thất thoát electron khiến điện năng bị sụt giảm đột ngột. Ngoài ra, nếu nhiệt độ môi trường xuống quá thấp hoặc lên quá cao, cũng sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất dung môi, tác động xấu đến hiệu năng của pin lithium-ion.
 
Nhằm khắc phục những hạn chế này, các nhà nghiên cứu tại Toyota (Nhật Bản) đã tìm ra phương pháp mới giúp loại bỏ các thành phần chất lỏng nhằm biến pin lithium-ion thành thể rắn. Theo đó, họ đã sử dụng hợp chất giữa Liti, Silic, Phốt pho, lưu huỳnh, các bon và hợp chất giữa phốt pho, lưu huỳnh và Liti. Hai loại chất dung môi mới này có thể tăng tốc độ truyền dẫn electron lên gấp 2 lần so với việc sử dụng chất lỏng trước đây.
 
Dù công nghệ mới không giúp pin lithium-ion có thể tăng thêm dung lượng, nhưng nguồn năng lượng sẽ ổn định hơn. Chu kỳ nạp và xả năng lượng diễn ra nhanh hơn cũng như đảm bảo an toàn hơn, tránh tình trạng phát nổ khi nhiệt độ quá cao. Hơn thế, pin lithium-ion mới còn có khả năng duy trì hoạt động trong phạm vi nhiệt độ rộng hơn: từ -30oC đến gần 100 độ C.
 
Quên đi nỗi lo hết pin với một thìa đường
Cách đây 4 năm, các nhà khoa học đến từ MIT đã giới thiệu công nghệ mà ở đó họ đã sử dụng ống nano carbon phủ lên chất liệu dễ cháy. Sau đó, các nhà khoa học dùng đường để làm nóng ống nano carbon. Kết quả: dòng điện có cường độ nhỏ đã được tạo ra. Tuy nhiên, do cường độ quá nhỏ, nên nghiên cứu này chỉ dừng ở phòng thí nhiệm mà chưa thể thương mại hóa.
 
 
Tuy nhiên, mới đây, Giáo sư ngành hóa Michael Strano tại MIT đã tìm cách gia tăng hiệu quả của quá trình này lên 1000 lần. Nhóm nghiên cứu của Giáo sư Michael Strano đã tạo ra thiết bị có khả năng sản xuất điện năng tương đương công nghệ pin tốt nhất hiện nay. Kỹ thuật mới có nhiều ưu điểm nổi bật so với các công nghệ năng lượng di động khác.
 
Trong thí nghiệm đầu tiên, vật liệu nổ được lựa chọn để tạo ra nhiệt lượng cần thiết trên các ống nano carbon. Nhưng sau đó, nhóm nghiên cứu nhận ra rằng: Đường ăn cung cấp nguồn nhiệt ổn định và hiệu quả hơn trong việc tạo ra điện. Đây có thể là khám phá về nguồn năng lượng gần như vô tận. Bởi giờ đây, các thiết bị điện có thể được trưng bày vô hạn định trên kệ mà không lo hết năng lượng với công nghệ mới này. Hơn thế, công nghệ này con giúp tạo ra những thỏi pin rất nhỏ, nhưng có dung lượng lớn. Các nhà nghiên cứu hy vọng đây sẽ là tương lai của pin trên smartphone.
 
Hiện tại, các nhà khoa học đang tiếp tục nghiên cứu để đưa các kết quả đạt được trong phòng thí nhiệm ra thị trường trong thời gian sớm nhất.
 
Pin chạy bằng... nước tiểu
Đó là phát hiện mới nhất của các nhà khoa học tại Anh. Theo đó, họ đã phát triển thành công thiết bị pin nhiên liệu vi sinh mới có khả năng biến nước tiểu thành điện năng với kích thước nhỏ hơn, giá thành rẻ hơn và công suất mạnh hơn các thiết bị phát điện cùng loại từng xuất hiện trên thị trường.
 
Kỹ sư hóa học Mirella Di Lorenzo đến từ Đại Học Bath cho biết: Hàng ngày có lượng lớn nước tiểu thải ra môi trường. Nếu chúng được chuyển hóa thành năng lượng, thì đó là cuộc cách mạng hóa phương thức tạo ra điện năng. Pin nhiên liệu vi sinh có khả năng thực hiện điều này.
 
 
Theo đó, pin nhiên liệu vi sinh hoạt động bằng cách sử dụng quá trình tự nhiên của vi khuẩn để chuyển đổi các chất hữu cơ thành điện. Để tăng tốc độ phản ứng, pin nhiên liệu sử dụng đường glucose và albumin - protein được tìm thấy trong lòng trắng trứng làm chất xúc tác. Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng: Hai nguyên liệu được tìm thấy trong chất thải đồ ăn này là nguồn nguyên liệu thay thế hoàn hảo cho điện âm cực làm từ bạch kim trước đây. Kỹ sư Di Lorenzo cho biết: Chúng tôi mong muốn thử nghiệm và chứng minh việc sử dụng các chất xúc tác carbon có nguồn gốc từ chất thải thực phẩm khác nhau như là giải pháp thay thế tái tạo và chi phí thấp để tạo ra bạch kim ở cực âm.
 
Bằng cách tăng gấp đôi chiều dài của điện cực trong pin nhiên liệu từ 4 mm đến 8 mm, các nhà khoa học thấy sự tăng trưởng đầu ra điện năng lên 10 lần. Con số này tiếp tục nâng lên bằng cách xếp chồng 3 pin với nhau thành một.
 
Dù không phải là công nghệ sinh học duy nhất có khả năng sản xuất điện, nhưng đây là công nghệ hiệu quả nhất, sử dụng nguyên liệu giá rẻ và không tạo ra lượng lớn chất thải. Ngoài ra, pin nhiên liệu vi sinh có thể hoạt động trong điều kiện nhiệt độ thông thường và dưới tác động áp suất khí quyển khác nhau. Hiện tại, trở ngại lớn nhất là chi phí sản xuất loại pin này khá tốn kém. Tuy nhiên, hiện có hai loại vật liệu rẻ tiền có thể sử dụng là tấm carbon và dây điện làm từ titan. Nếu được thương mại hóa, pin nhiên liệu vi sinh có thể cung cấp nguồn năng lượng lớn ở các nước đang phát triển, đặc biệt là ở các khu vực nghèo và nông thôn.
 
Pin mặt trời chỉ bằng 1/50 sợi tóc người
Các nhà khoa học đến từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã giới thiệu loại pin quang điện siêu mỏng và siêu nhẹ, có thể đặt trên đỉnh bong bóng xà phòng mà không làm vỡ chúng. Dòng pin mới này có thể áp dụng cho bộ quần áo thông minh đến điện thoại trong tương lai. Giáo sư Vladimir Bulović - đứng đầu dự án nghiên cứu này - cho biết:  Mấu chốt của công đoạn tạo ra loại pin mới là kết hợp sản xuất pin, chất xúc tác hóa học và lớp phủ bảo vệ trong cùng quá trình.
 
 
Dù mới dừng ở mô hình thí nghiệm, nhưng lợi ích khi kết hợp pin mặt trời và chất xúc tác hóa học sẽ tăng cường khả năng chống chịu trước tác động bên ngoài như bụi và ô nhiễm. Để làm được điều này, Giáo sư Bulović các đồng nghiệp đã sử dụng polymer có tên parylene làm chất xúc tác hóa học và chất phủ. Vật liệu hữu cơ DBP (dibutyl phthalate) được dùng để tạo lớp hấp thụ ánh sáng cơ bản. Phthalate là chất hóa học được thêm vào trong quá trình sản xuất nhựa, sơn nhằm thay đổi tính chất cơ bản của vật liệu. Nó có thể làm cho nhựa cứng hơn, dẻo hơn, trong suốt hơn hoặc làm cho sơn cứng hơn tùy theo loại Phthalate.
 
Khác với các quy trình sản xuất pin mặt trời thông thường, dòng pin mới được tạo ra từ môi trường chân không ở nhiệt độ phòng mà không cần sử dụng dung dịch hòa tan hoặc chất hóa học khác. Đội ngũ nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật lắng đọng hơi hóa học, trong đó nhiệt độ, áp suất, phản ứng hóa học cho ra đời lớp phủ rất mỏng trên vật liệu cụ thể để cùng lúc sản xuất pin mặt trời và chất xúc tác. Nhờ đó, các chất khí phản ứng với nhiệt và hơi của chất khí ngưng tụ trên mặt tấm nền tạo thành màng mỏng với thành phần hóa học mong muốn. Kết quả: Những tấm pin siêu mỏng và linh hoạt, chỉ bằng bằng 1/50 sợi tóc người và bằng 1/1000 loại pin thủy tinh hiện nay (khoảng hai micromet), nhưng có thể sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra điện.
 
Lợi ích rõ ràng của công nghệ mới là tạo ra lớp pin mặt trời trên các vật liệu mỏng có tính linh động cao như vải và giấy. Loại pin mới cũng hữu dụng ở trong môi trường vũ trụ hoặc trên độ cao lớn. Tuy nhiên, pin mặt trời mới cần thêm nhiều năm hoàn thiện trước khi có thể sản xuất thương mại để bán ra thị trường.
 
 
Xem thêm:
 
 

Quang Huy

Từ Khóa :