Bước đột phá pin Lithium-Oxy giúp xe điện chạy xuyên quốc gia, drone bay cả ngày

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Shibaura (Nhật Bản) vừa phát triển thành công chất xúc tác composite mới không chứa bạch kim cho pin lithium-oxy. Loại pin này cung cấp mật độ năng lượng gấp tới 10 lần so với pin lithium-ion tiêu chuẩn hiện nay.

Trước đây, phản ứng oxy quá chậm chạp trong quá trình sạc xả là rào cản lớn khiến công nghệ này chưa thể thương mại hóa. Sự kém hiệu quả này làm thất thoát lượng lớn năng lượng và làm tăng chi phí sản xuất nếu dùng kim loại quý.

Đột phá từ cấu trúc điện tử giúp thương mại hóa pin thế hệ mới.

Chất xúc tác mới kết hợp giữa oxit perovskite và oxit spinel, giúp đẩy nhanh cả phản ứng khử và thoát oxy. Sự kết hợp này mang lại khoảng chênh lệch điện áp kỷ lục giữa sạc và xả chỉ ở mức 1,14 V. Khoảng chênh lệch điện áp càng thấp đồng nghĩa với việc điện năng hao phí càng ít trong quá trình vận hành. Trong thử nghiệm, vật liệu composite này thậm chí đã đánh bại oxit ruthenium khi sạc và sánh ngang bạch kim khi xả.

Đáng chú ý, composite mới đạt hiệu suất vượt trội dù sở hữu diện tích bề mặt điện hóa thấp nhất trong các ứng viên. Khác với quan niệm truyền thống, tốc độ xúc tác được quyết định bởi chất lượng cấu trúc điện tử thay vì diện tích bề mặt. Sự kết hợp giữa hai oxit tạo ra nhiều khoảng trống oxy tại ranh giới phân tử giúp phản ứng diễn ra dễ dàng. Đột phá này giải quyết triệt để bài toán chi phí, mở đường cho việc sản xuất hàng loạt trong tương lai.

Công nghệ mới hứa hẹn cung cấp năng lượng cho các dòng xe điện đường dài và drone yêu cầu thời gian bay mở rộng. Đây là những thiết bị đòi hỏi dung lượng vượt xa khả năng đáp ứng của công nghệ lithium-ion hiện tại. Phát hiện này là bước tiến quan trọng hướng tới việc hiện thực hóa tiềm năng biến đổi của pin lithium-oxy. Dù phương tiện giao thông không gian đô thị là khát vọng dài hạn, ứng dụng của nó là rất lớn.

Pin lithium-oxy có thể lưu trữ lượng điện tích gấp 5 lần so với pin lithium-ion.

Ngoài ra, thiết kế giá rẻ và bền vững này còn hỗ trợ sản xuất hydro xanh và các hệ thống pin kim loại-không khí lớn. Nó cũng có thể ứng dụng trong việc lưu trữ điện lưới cho các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời và gió. Sự ra đời của chất xúc tác không chứa kim loại quý mở ra kỷ nguyên mới cho ngành lưu trữ năng lượng. Đây chính là mảnh ghép quan trọng để hiện thực hóa ước mơ di chuyển không giới hạn trong tương lai.

An An (theo IE)