Không chỉ Apple với bê bối làm chậm thiết bị có pin cũ, Samsung với sự cố cháy nổ Note 7,… mà còn hàng loạt “gã khổng lồ” công nghệ khác cũng đang chạy đua trong việc tìm ra các công nghệ pin mới với khả năng chứa nguồn năng lượng nhiều hơn, an toàn hơn. Bên cạnh đó, các yếu tố như tốc độ sạc, tuổi thọ pin hay giá thành sản xuất cũng trở nên cực kỳ quan trọng.
Hiện nay, pin Lithium-ion (Li-on) xuất hiện trong hầu hết các thiết bị điện tử của chúng ta. Chúng có nhiều ưu điểm như chi phí sản xuất thấp, dung lượng lớn và nạp điện nhanh. Tuy nhiên loại pin này cũng có không ít nhược điểm như tuổi thọ giảm nhanh, thường chỉ kéo dài khoảng 2 năm. Đặc biệt, pin Li-on sẽ không hoạt động tốt trong môi trường nhiệt độ cao, hao nhanh và dễ bắt lửa.
Vì vậy, việc thay thế pin Li-on bằng một loại pin mới trong tương lai là một điều không tránh khỏi để điện thoại có thể có dung lượng lớn hơn, giảm thời gian sạc, ổn định hơn,…
Vậy trong tương lai chúng ta có thể có công nghệ pin nào để thay thế hiện tại?
1. Thay đổi cấu trúc pin Li-on
Cấu trúc chuẩn ngày nay của pin Li-on được thiết kế làm cho nguyên tử lithium và các nguyên tử kim loại khác dính sát vào nhau. Cách sắp xếp này giúp cho lithium di chuyển dễ dàng hơn và cho phép pin có dung lượng lớn. Tuy nhiên các nhà khoa học Berkeley lại cho rằng thay đổi cấu trúc có thể giúp dung lượng pin lớn hơn nhiều lần.
Nghiên cứu của họ cho thấy một số loại vật liệu thay đổi trật tự cấu trúc có thể lưu trữ nhiều lithium hơn. Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng họ có thể làm cho pin có tuổi thọ dài hơn và ít có khả năng bắt lửa bằng một quá trình gọi là fluor.
Nếu pin Li-on thay đổi cấu trúc xuất hiện trên thị trường, chúng ta sẽ có những chiếc điện thoại dung lượng pin cao hơn và an toàn hơn hẳn so với pin lithium thông thường.
2. Công nghệ pin Graphene Ball
Một trong những vấn đề với sạc nhanh là nó dẫn đến việc lão hóa pin nhanh hơn. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới từ các nhà khoa học của Samsung và đại học Quốc gia Seoul đã tìm cách thay đổi điều này bằng công nghệ Graphene Ball, cho phép họ tạo ra một loại pin có thể sạc đầy chỉ trong 12 phút, nhanh gấp 5 lần so với công nghệ hiện tại. Loại pin này cũng có công suất cao hơn 45% so với bình thường.
Công nghệ pin Graphene Ball cho phép pin sạc nhanh hơn gấp 5 lần và công suất cao hơn 45%.
Người đứng đầu dự án, Tiến sỹ Son In-hyuk cho biết, nghiên cứu của họ có thể tổng hợp khối lượng vật liệu composite đa chức năng với giá phải chăng.
Người ta hy vọng công nghệ Graphene Ball sẽ cho ra đời loại pin có năng suất cao hơn, hoạt động ở nhiệt độ ổn định và sạc rất nhanh mà không bị hao pin. Samsung lưu ý loại pin này sẽ rất hữu ích cho xe điện, hiện đang mất rất nhiều thời gian để sạc.
3. Công nghệ pin Magie dạng rắn
Một nghiên cứu hợp tác giữa phòng thí nghiệm Berkeley, MIT và phòng thí nghiệm quốc gia Argonne đã phát triển một loại vật liệu rắn được coi là một trong những chất dẫn điện nhanh nhất của các ion magie, từ đó có thể sản xuất pin an toàn và hiệu quả hơn.
Trên thực tế, Magie có mật độ năng lượng cao hơn lithium và có rất nhiều trong tự nhiên. Nếu được sản xuất bằng vật liệu này thì pin sẽ có giá dễ chịu hơn và phổ biến hơn. Tuy nhiên, trở ngại của việc sử dụng Magie trong pin thường là chất điện phân, chất liệu mang điện tích giữa cực âm và cực dương. Các nghiên cứu gần đây đã có thể tập trung phát triển các chất điện phân lỏng tốt hơn, nhưng chúng có khuynh hướng ăn mòn các bộ phận khác của pin. Vì vậy, các nhà khoa học muốn thử một hướng khác là chất điện phân dạng rắn.
Công nghệ pin Magie dạng rắn có thể đem lại sự ổn định, an toàn, chống cháy nổ cao cho các thiết bị điện tử.
Quá trình nghiên cứu, họ đã tìm ra được một hợp chất được gọi là spinen selenua scandi magie, một chất điện phân dạng rắn cho phép các ion magie dễ dàng di chuyển trong vật liệu, có hiệu quả dẫn điện rất cao.
Pin Magie -ion được kỳ vọng sẽ là vật liệu thay thế cho pin lithium-ion trong tương lai nếu các nhà khoa học có thể giải quyết được vấn đề tìm ra chất điện phân hữu hiệu.
Hiện còn quá sớm để hy vọng loại pin này được sản xuất đại trà trong tương lai gần. Nếu được đưa vào sản xuất, nó sẽ là một trong những loại pin an toàn nhất từ trước đến nay.
4. Pin dây nano bọc vàng
Pin dây nano mang lại những lợi ích như sạc nhanh và có mật độ năng lượng cao hơn. Tuy nhiên, vòng đời của nó lại khá ngắn. Vào tháng 9/2010, pin dây nano silic chỉ có chu kỳ nạp, xả khoảng 250 lần trước khi giảm xuống dưới 80% công suất ban đầu. Con số này là quá thấp nếu so sánh với các pin Li-on hiện nay có chu kỳ khoảng 400 lần trước khi trải qua sự xuống cấp đáng kể.
Công nghệ pin dây nano bọc vàng nếu được phát triển sẽ mở ra thời đại mới về những thiết bị điện tử không bao giờ phải lo ngại việc hết pin.
Năm 2016, Mya Le Thai, một nghiên cứu sinh tiến sỹ tại đại học California Irvine đã giải quyết được vấn đề này bằng cách phủ các dây nano bọc vàng bằng Mangan-oxit và đặt nó vào chất điện phân gel poly (metyl methacrylate). Điều này khiến cho pin mạnh hơn trước gấp nhiều lần. Phương pháp này có thể mang lại cho pin một chu kỳ trên 100.000 lần mà không gặp phải sự xuống cấp đáng kể.
Nếu loại pin này được sản xuất hàng loạt, chúng ta sẽ có các thiết bị không bao giờ phải lo lắng về tuổi thọ của pin.
