Trung Quốc phát triển pin hoạt động được ở nhiệt độ cực thấp

Đây là nhiệt độ lạnh hơn rất nhiều nhiều so với mức nhiệt độ mà pin lithium-ion mất đi khả năng dẫn điện và trữ năng lượng.

Theo Tân Hoa xã, công trình nghiên cứu trên được đăng trên tạp chí Joule số ra ngày 28/2. Công trình này có thể trợ giúp cho các kỹ sư trong việc phát triển công nghệ thích ứng được với những khu vực giá rét trên Trái Đất hoặc những nơi lạnh nhất trong không gian.

Đa số các loại pin chỉ hoạt động được 50% công suất tối đa ở nhiệt độ -20 độ C. Khi nhiệt độ giảm xuống -40 độ C, pin lithium-ion chỉ còn khoảng 12% so với công suất ở nhiệt độ trong phòng. Đặc điểm hạn chế này có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của pin trong không gian khi nhiệt độ có thể tụt xuống -157 độ C, hoặc một số khu vực của Canada, Nga, nơi nhiệt độ khoảng -50 độ C.

Các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã tìm ra một kết cấu pin có thể hoạt động kể cả khi những loại pin khác không thể vận hành. Theo nhà nghiên cứu Xia Yongyao tại Đại học Fudan, cả chất điện phân và điện cực đều tác động đến khả năng hoạt động của pin.

Ở nhiệt độ thấp, chất điện phân thông thường mà pin lithium-ion sẽ dẫn điện kém, đồng thời các phản ứng điện hóa học xảy ra trên bề mặt chất điện phân và điện cực khó có thể tiếp tục.

Nhóm nghiên cứu đã thực hiện thí nghiệm dùng chất điện phân với dung môi ethyl acetate có điểm đóng băng thấp nên vẫn dẫn điện được kể cả ở nhiệt độ cực thấp. Đối với điện cực, nhóm nghiên cứu sử dụng hai hợp chất hữu cơ là cực âm PTPAn và cực dương PNTCDA.

Không giống như các điện cực trong pin lithium-ion, các hợp chất hữu cơ này không phụ thuộc vào quá trình đưa ion không ngừng vào cấu trúc phân tử (quá trình này bị chậm đi khi nhiệt độ giảm).

Theo ông Xia, so với các chất liệu điện cực chứa thành phần kim loại trong pin lithium-ion thông thường, các chất hữu cơ này đều dễ tìm, không tốn kém và thân thiện với môi trường. Ông ước tính giá của chất liệu điện cực trên chỉ bằng 1/3 so với các điện cực thông thường trong pin lithium-ion.

Tuy nhiên, loại pin mới này vẫn cần một số cải tiến trước khi có thể ứng dụng thực tế, do tỷ lệ năng lượng trên đơn vị khối lượng vẫn thấp so với sản phẩm pin lithium-ion đã được thương mại hóa, đồng thời quá trình lắp ráp cần được tối ưu hóa hơn nữa./.

>>> Những phát minh công nghệ đột phá trong năm 2017