10 công nghệ ắc quy pin đột phá đang cạnh tranh với pin lithium-ion (P2)

Hãy cùng tìm hiểu 4 công nghệ ắc quy pin đột phá nối tiếp bài viết phần 1, dự đoán sẽ tạo nên cuộc cách mạng hiệu suất pin.

Những cách tiếp cận mới này sẽ giúp phá vỡ những hạn chế và là một bước đầy hứa hẹn hướng tới thu hút đầu tư công nghiệp cho các ứng dụng thương mại.

4. Công nghệ ắc quy Pin dual – ion graphit (Graphite dual-ion batteries)

Pin ion kép (DIB) sử dụng kim loại không phải là lithium đã thu hút rất nhiều sự quan tâm trong những năm gần đây để lưu trữ điện ở quy mô lớn. Những nỗ lực nghiên cứu nhằm tăng mật độ năng lượng của DIB bằng cách tăng hàm lượng ion của chất điện phân và khả năng lưu trữ điện tích của các điện cực.

Một số nhà nghiên cứu đã chứng minh pin ion kép graphite không chứa Li mới sử dụng cực âm bằng than chì và cực dương kali, được gọi là pin ion kép graphite (GDIB).

• Các kết hợp điện cực-chất điện ly không chứa Li cho DIB để tăng mật độ năng lượng của tế bào (nghiên cứu được công bố trên ”Nature Communications”)
• Pin không đắt, thân thiện với môi trường và cho thấy hiệu suất chu kỳ và tốc độ vượt trội cho các ứng dụng lưu trữ năng lượng trong tương lai.
• Do có nhiều tính năng hấp dẫn của chất điện phân ion, bao gồm ngăn chặn sự hình thành dendrite trên bề mặt Zn, độ bay hơi thấp, không cháy và độ ổn định nhiệt cao (theo các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Nam Trung Quốc)

Pin Zn / graphite-ion hiệu suất cao và an toàn cho các ứng dụng công nghiệp có thể sớm trở thành hiện thực.

5. Pin nhôm-ion (Aluminum-ion batteries)

Phong phú, rẻ tiền, sẵn có và rẻ tiền, nhôm đang được nghiên cứu như một sự thay thế tiềm năng cho pin Li-ion. Các nhà nghiên cứu Thụy Sĩ từ ETH Zurich đã đưa ra hai công nghệ mới là bước đệm cho việc thương mại hóa pin gốc Al.

Đầu tiên là vật liệu phủ chống ăn mòn , gốm titan nitride (TiN)

Tính ổn định oxy hóa tuyệt vời của vật liệu phủ TiN cho phép các loại pin này đạt được mật độ năng lượng cao, hiệu suất đồng tổng hợp cao và khả năng quay vòng cao.

Do khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của bộ thu dòng TiN, chúng thậm chí có thể được sử dụng làm vật liệu catốt cao áp trong pin Mg-, Na- hoặc Li-ion.

Sử dụng polypyrenes làm vật liệu catốt hiệu suất cao cho pin Al-ion

Những loại pin này thường sử dụng cực âm làm từ than chì, cực âm này bị méo do các anion chloroaluminate.

Sử dụng một tế bào tùy chỉnh, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm polypyrene và poly dẫn xuất của nó (nitropyrene- co -pyrene) làm vật liệu cathode và nhận thấy rằng nó lưu trữ cùng một lượng năng lượng như cathode graphite.

Hơn nữa, polypyrenes cung cấp nhiều khả năng khác để phát triển pin Al-ion có thể sạc lại, bao gồm chi phí thấp, độ phong phú cao, khả năng mở rộng sản xuất và khả năng điều chỉnh cấu trúc và thành phần.

Những nỗ lực nghiên cứu này cho thấy nhiều hứa hẹn hướng tới việc thương mại hóa pin Al-ion để sử dụng như một giải pháp lưu trữ rẻ tiền cho ngành công nghiệp.

6. Pin Niken-kẽm (Nickel-zinc batteries)

Pin niken-kẽm là loại pin hiệu quả về chi phí, an toàn, không độc hại, thân thiện với môi trường, có thể cạnh tranh với pin Li-ion để lưu trữ năng lượng. Tuy nhiên, rào cản chính đối với việc thương mại hóa là vòng đời của chúng thấp.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu Trung Quốc từ Đại học Công nghệ Đại Liên đã phát triển một kỹ thuật cắt tại chỗ đột phá để cải thiện hiệu suất của pin Ni-Zn bằng cách giải quyết vấn đề hòa tan điện cực Zn và ngăn chặn sự hình thành của các đuôi gai.

• Nhóm nghiên cứu đã phát triển một điện cực lai graphene-ZnO mới với kỹ thuật cắt tại chỗ, có thể cắt graphene trực tiếp thành các băng nano ngắn.
• Các tương tác mạnh giữa các nguyên tử neo các nguyên tử Zn lên bề mặt graphene.
• Cách tiếp cận này khắc phục triệt để các vấn đề về sự hòa tan điện cực Zn, sự hình thành dendrite và hiệu suất.

Với các nghiên cứu và phương pháp tiếp cận đang được thực hiện bởi các công ty, những loại pin này cho thấy tiềm năng to lớn cho các ứng dụng thương mại rộng rãi của xe điện (EV) và lưu trữ năng lượng.

7. Công nghệ ắc quy Pin kali-ion (Potassium-ion batteries)

Đã có rất nhiều đột phá gần đây để cải thiện hiệu suất điện hóa của pin kali-ion (KIB). Ba điều đáng chú ý được liệt kê dưới đây.

Một nhóm các nhà nghiên cứu từ các tổ chức khác nhau đã phát hiện ra một họ hợp chất dạng tổ ong mới lạ với công thức chung là K 2 M 2 TeO 6 (trong đó M = Ni, Mg, Co, v.v. hoặc sự kết hợp của ít nhất hai kim loại chuyển tiếp). Các hợp chất chứa kali dựa trên cấu trúc tổ ong này phù hợp với các vật liệu catốt cao áp và có khả năng chèn các ion K vào chất lỏng ion, khiến chúng trở thành ứng cử viên tuyệt vời cho sự phát triển của KIB năng lượng cao.

Tương tự, một nhóm nghiên cứu khác tại Đại học Wollongong đã phát triển KIB hiệu suất cao với hỗn hợp của cực dương antimon sulfua / tấm cacbon (SBS / C) vài lớp .

Các phương pháp tiếp cận đầy hứa hẹn khác bao gồm tập trung vào sự kết hợp hiệp đồng của chất điện phân và điện cực cũng như phát triển các vật liệu anốt phù hợp để thiết kế KIB hiệu suất cao.