Trong số nhiều giải pháp thay thế cho pin lithium-ion truyền thống, các nhà nghiên cứu đang thử nghiệm các thiết kế lithium-air. Cải tiến mới này có thể giải quyết nhiều vấn đề trước đây của công nghệ này.
Một bài báo mới được xuất bản trên Science mô tả nguyên tắc hóa học đằng sau một loại pin dùng công nghệ lithium-air mới. Đây là một thiết kế sáng tạo có khả năng cung cấp mật độ năng lượng cao hơn nhiều so với công nghệ pin li-ion truyền thống.
Lithium-air có thể đóng vai trò là một bước đột phá thực sự cho thị trường pin và là một cuộc cách mạng khả thi đối với các phương tiện giao thông vận tải và hạng nặng như máy bay, tàu hỏa và thậm chí cả tàu ngầm.
Pin mới có thể duy trì hơn 1.000 chu kỳ sạc lại với hiệu suất năng lượng chỉ giảm 5% và không ảnh hưởng đến hiệu suất điện tích. Điều này có nghĩa là tất cả vật liệu ban đầu của pin vẫn hoạt động, không có phản ứng phụ không thể đảo ngược trong các chu kỳ sạc/sạc lại.
Thiết kế được hình thành bởi các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Illinois (Illinois Institute of Technology) sử dụng chất điện phân rắn dựa trên hỗn hợp gốm-polyetylen oxit, an toàn hơn và hiệu quả hơn so với chất điện phân lỏng. Vật liệu gốm và polyme được sử dụng làm chất điện phân rắn có những nhược điểm riêng khi được sử dụng riêng lẻ nhưng khi kết hợp với nhau, chúng có thể mang lại cả độ dẫn ion cao của gốm và độ ổn định cao của polyme.
Chất điện phân hỗn hợp có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng, đây là lần đầu tiên cho pin lithium-air. Theo Mohammad Asadi, trợ lý giáo sư kỹ thuật hóa học tại Illinois Tech, chất điện phân ở trạng thái rắn “đóng góp khoảng 75% tổng mật độ năng lượng.” Vẫn còn chỗ để cải thiện hơn nữa và bằng cách giảm thiểu độ dày mà không ảnh hưởng đến hiệu suất, thiết kế mới có thể đạt được mật độ năng lượng “rất, rất cao”.
Pin lithium-air có khả năng lưu trữ một kilowatt giờ trên mỗi kg hoặc cao hơn, lớn hơn bốn lần so với công nghệ lithium-ion hiện tại. Bài báo Khoa học cho biết, một loại pin lithium-air dựa trên sự hình thành oxit lithium (Li2O), về mặt lý thuyết có thể cung cấp mật độ năng lượng “tương đương với mật độ năng lượng của xăng”.
Trong tương lai, Asadi có kế hoạch hợp tác với các đối tác công nghiệp tư nhân để thử nghiệm và tối ưu hóa thiết kế cho sản xuất. Nhà nghiên cứu cho biết bước đột phá công nghệ mới đã mở ra “một cơ hội lớn” để thực sự đưa pin lithium-air ra thị trường.