Đại học Thụy Điển phát triển pin bằng sợi Carbon – Vừa làm cấu trúc thân vỏ, vừa trữ năng lượng
Các nhà nghiên cứu tại trường đại học công nghệ Chalmers, Thụy Điển đã phát triển một loại pin có đặc điểm cứng cáp, bền bỉ nhưng lại rất nhẹ, được chế tạo từ sợi Carbon và có thể sử dụng làm vật liệu cấu trúc. Nhờ vào công nghệ này, trọng lượng của laptop có thể giảm đi một nửa, điện thoại có thể mỏng như thẻ tín dụng, xe điện có khả năng di chuyển xa hơn, hoặc thậm chí mở ra kỷ nguyên cho máy bay điện.
Loại pin cấu trúc Carbon này đã trải qua nhiều năm nghiên cứu tại đại học Chalmers, với sự hợp tác cùng viện công nghệ hoàng gia KTH ở Stockholm. Trước đó, vào năm 2018, nhóm nghiên cứu do giáo sư Leif Asp dẫn dắt đã công bố các nghiên cứu về việc sử dụng sợi carbon làm điện cực để lưu trữ năng lượng trực tiếp. Phát hiện này nhanh chóng thu hút sự chú ý từ giới chuyên môn và được Tổ chức vật lý thế giới xếp hạng là một trong 10 đột phá lớn nhất trong năm.
Từ thời điểm này, nhóm nghiên cứu đã mở rộng công việc của mình để cải thiện độ bền và mật độ năng lượng của loại pin cấu trúc Carbon này. Vào năm 2021, mật độ của pin đạt 24 Wh/kg, tương đương 20% hiệu suất so với pin Li-ion có trọng lượng tương tự. Hiện tại, pin đã đạt được mật độ năng lượng là 30 Wh/kg. Mặc dù vẫn còn thấp hơn nhiều so với pin Lithium, nhưng khi được sử dụng làm cấu trúc như thân xe, nó trở thành một hệ thống pin và giúp giảm trọng lượng xe, từ đó mở rộng phạm vi hoạt động của phương tiện. Leif Asp ước tính rằng một chiếc xe sử dụng pin cấu trúc có thể di chuyển xa hơn đến 70% cho mỗi lần sạc so với xe điện sử dụng pin truyền thống. Tương tự cũng có thể áp dụng cho máy bay, Leif Asp cho biết có thể tăng độ dày của pin cấu trúc để làm cho nó cứng hơn đồng thời gia tăng khả năng lưu trữ năng lượng.
Khi sử dụng như một cấu trúc cho xe hơi, pin cần phải có đủ độ bền để đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn. Nhóm nghiên cứu cho biết độ bền, hay cụ thể hơn là mô-đun đàn hồi của pin, đã được cải thiện đáng kể từ 25 lên 70 Gpa. Điều này có nghĩa là ứng suất mà nó chịu được tương đương với nhôm nhưng lại nhẹ hơn. Giáo sư Leif Asp phát biểu: “Nếu xem xét về tính đa dụng, loại pin cấu trúc mới này tốt gấp đôi so với thế hệ trước, và thực sự là loại pin tốt nhất từng được phát triển trên thế giới.”
Ngay từ những bước đầu, nhóm nghiên cứu đã hướng tới việc thương mại hóa công nghệ pin cấu trúc đã đề cập. Song song với quá trình phát triển vẫn đang diễn ra, nhóm đã thành lập công ty Sinonus AB, có trụ sở tại Boras, Thụy Điển, nhằm mục tiêu đưa sản phẩm hoàn chỉnh ra thị trường trong tương lai. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều việc cần phải thực hiện để chuyển đổi từ quy mô sản xuất nhỏ trong phòng thí nghiệm sang quy mô lớn cho các thiết bị công nghệ hoặc phương tiện.
Pin cấu trúc được phát triển bởi Đại học Công nghệ Chalmers dựa trên một loại vật liệu tổng hợp và sử dụng sợi carbon cho cả điện cực dương và âm. Điện cực dương được phủ một lớp lithium-sắt phốt phát. Sợi carbon trong vật liệu điện cực đảm nhận nhiều chức năng khác nhau. Ở điện cực dương, nó không chỉ là vật liệu gia cố mà còn đóng vai trò như bộ thu dòng điện (kết nối giữa các điện cực) và vật liệu hoạt động (AM). Ở điện cực âm, sợi carbon cũng hoạt động như vật liệu gia cố, bộ thu dòng điện và là giàn khung cho sự hình thành của lithium. Do sợi carbon có khả năng dẫn điện tử, nên pin không cần đến các vật liệu thu dòng thường thấy như đồng hay nhôm như ở các loại pin cấu trúc khác, qua đó giảm đáng kể trọng lượng của pin. Trong thiết kế pin này, ion lithium được vận chuyển giữa các điện cực thông qua một chất điện phân bán rắn thay vì dạng lỏng. Thiết kế này không chỉ giúp giảm nguy cơ cháy nổ mà còn tạo ra thách thức trong việc nâng cao công suất.
Theo Tinhte.vn
