Đến lúc này không có pin thần kỳ nào kết hợp tất cả những đặc tính mong muốn như mật độ năng lượng cao, cấu trúc thiết kế nhẹ, xử dụng an toàn và đạt được nhiều ngàn chu kỳ xả sạc.

Trong một bài báo, được xuất bản trên tạp chí Vật Liệu Tiên tiến (Advanced Materials), các nhà khoa học thuộc Đại học Texas ở Austin tuyên bố chế tạo thành công một loại pin hoàn toàn mới kết hợp nhiều ưu điểm của những loại pin hiện có và loại bỏ những nhược điểm quan trọng của các loại pin này.

Sơ đồ cấu trúc pin kim loại lỏng nhiệt độ phòng

Các nhà khoa học chế tạo được một thiết bị lưu trữ điện, được gọi là “pin kim loại lỏng nhiệt độ phòng”, tích hợp những điểm tốt nhất giữa pin kim loại lỏng và rắn.

Khái niệm pin hiện tại

Tất cả các pin thông dụng hiện nay có cấu trúc hoặc các điện cực trạng thái rắn, như pin lithium-ion, sử dụng trong điện thoại di động hoặc máy tính xách tay hoặc các pin có điện cực kim loại trạng thái lỏng.

Pin kim loại lỏng được các nhà khoa học xác định là hệ thống điện hóa tiềm năng lưu trữ năng lượng tĩnh do hiệu suất xả, nạp ổn định và tự tiêu hao không đáng kể.

Nhưng đang có một khó khăn pin kim loại lỏng hiện tại cần hoạt động ở nhiệt độ trên 240 ° C để giữ các điện cực kim loại ở trạng thái nóng chảy / lỏng.

Ngày nay, các kim loại kiềm như lithium, natri hoặc kali được coi là vật liệu điện cực hứa hẹn nhất để đạt được mật độ năng lượng cao.

Nhưng sử dụng các kim loại có tính kiềm có những nhược điểm không thể khắc phục được như thể tích lớn, sự phát triển nhanh chóng của các tinh thể trên điện cực nhanh chóng gây chập điện phá hủy pin và phân hủy chất điện phân.

Sự ra đời của kim loại lỏng mang đến một cách tiếp cận khác, không sử dụng các kim loại có tính kiềm, nhưng khó khăn lớn nhất vẫn là nhiệt độ hóa lỏng cao.

Kim loại lỏng ở nhiệt độ phòng

Trong nghiên cứu hiện tại, nhóm nhà khoa học Đại học Texas tại Austin do Giáo sư Guihua Yu dẫn đầu phát triển một pin kim loại lỏng trong điều kiện nhiệt độ phòng sử dụng cực dương là hợp kim natri-kali và cực âm hợp kim trên cơ sở gallium.

So với các điện cực kim loại lỏng, sử dụng chì và thủy ngân nhằm loại trừ yêu cầu nhiệt độ cao của pin kim loại lỏng, những hợp kim này không độc hại và và không gây ô nhiễm môi trường.

Theo các nhà nghiên cứu, những điện cực kim loại trong pin mà nhóm nghiên cứu phát triển hóa lỏng ở 20 ° C (68 ° F), đây là nhiệt độ thấp nhất để pin kim loại lỏng hoạt động được.

Những thử nghiệm lặp đi lặp lại nhiều lần cho thấy, những pin kim loại lỏng này đang thử nghiệm có hiệu suất phóng, nạp ổn định và khả năng tự tiêu hao điện năng không đáng kể.

Các nhà nghiên cứu cho biết, pin kim loại lỏng nhiệt độ phòng lưu trữ nhiều năng lượng hơn so với pin lithium-ion thông thường, có thể sạc và xả năng lượng nhanh hơn nhiều lần, đáp ứng nhu cầu của các phương tiện giao thông bằng điện.

Triển vọng đầy hứa hẹn của pin kim loại lỏng

Tiến sĩ Yu Dinh, tác giả chính của báo cáo khoa học nói: “Pin kim loại lỏng mới có thể sở hữu những ưu điểm của cả hai loại pin điện cực trạng thái rắn và lỏng như lưu trữ nhiều năng lượng hơn, có tính ổn định và linh hoạt cao, không có những nhược điểm như các pin hiện nay, tiết kiệm năng lượng”.

Do sở hữu những thành phần kim loại lỏng, pin mới có thể được tăng cường dung lượng lưu trữ điện hoặc giảm dễ dàng, phụ thuộc vào nhu cầu năng lượng cần thiết cho trang thiết bị cần thiết.

Tính chất linh hoạt này cho phép những pin kim loại lỏng, với cấu trúc thiết kế đồng nhất có thể lưu trữ và cung cấp năng lượng cho mọi trang thiết bị, từ điện thoại thông minh và đồng hồ điện tử đến các trang thiết bị sử dụng điện lưới lớn.

Pin kim loại lỏng có thể được sử dụng để lưu trữ điện năng lượng tái tạo, sử dụng cho nhu cầu xã hội

Các nhà nghiên cứu đã nỗ lực phát triển dự án này ơn ba năm, nhưng công việc vẫn chưa hoàn thành. Nhiệm vụ đặt ra trước mắt là tìm một hỗn hợp kim loại khác thay thế cho gallium đắt tiền nhưng vẫn có thể cung cấp hiệu suất tương tự hiện đang là khó khăn thách thức chủ yếu.

Đồng thơi, các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm giải pháp để các điện cực của pin có điểm nóng chảy thấp, phát triển các vật liệu chưa từng biết đến.