Các loại pin trong tương lai

Cùng tìm hiểu về những loại pin sắp tới và những loại chúng đang được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm ở thời điểm hiện tại. 

Các loại pin đang được thử nghiệm trong các phong thí nghiệm hiện nay đều có chung một đặc điểm là đều có những báo cáo đầy hứa hẹn cho một tương lai năng lượng sạch,nhưng những công bố đó thường là để lôi kéo các nhà đầu tư. Một số thiết kế cho thấy kết quả không thực tế với việc ngày công bố dự kiến thường thường lùi lại khá dài. Hầu hết,đã có nhiều loại pin mới xuất hiện nhưng đều chết yểu trong  trong phòng thí nghiệm mà chúng không được công bố ra bên ngoài

Rất ít sản phẩm nào mà có những yêu cầu nghiêm ngặt như nghiên cứu pin và sự mong đợi cao của nhà đầu tư vốn đã mạo hiểm đầu tư vào kế hoặc này với dự định thường là 3 năm; nhưng để mà phát triển được nguồn năng lượng mới này thường mất tới gần 10 năm. Hầu hết các nhà đầu tư mạo hiểm không có sự kiên nhẫn để chờ đợi và sẽ họ rút lại vốn, để lại cho các nhà phát triển trong nước sâu. Việc huy động vốn tốn nhiều thời gian và nhiều công ty mới dành thời gian và công sức cho công việc này để nghiên cứu.

Hầu hết pin thử nghiệm trong gia đình lithium có một điểm chung đó là chúng sử dụng một cực dương lithium kim loại để đạt được một năng lượng cụ thể cao hơn so với những gì có thể với cathode bị oxy hóa trong lithium-ion, pin được sử dụng phổ biến ngày nay.

Moli Energy lần đầu tiên sản xuất pin lithium sạc được trong những năm 1980, nhưng nó có những vấn đề về sự an toàn vì sự phát triển của lithium dendrite đã gây ra một số vụ hỏa hoạn. Cơ quan cứu hỏa địa phương được thông báo là có một vụ hỏa hoạn,khi học đến nơi thì đó là công ty Moli Energy và nơi hỏa hoạn xuất phát từ kho chưa chứa pin của nhà máy . Sau một sự cố  gây thương vong cho người sử dụng pin, tất cả các gói pin lithium được thu hồi vào năm 1989. NEC và Tadiran đã cố gắng cải tiến thiết kế và đều không đạt được nhiều kết quả như kỳ vọng. Rất ít công ty sản xuất pin lithium-metal có thể sạc lại . Nghiên cứu tiếp tục và một giải pháp khả thi với các vật liệu mới như là một phần của pin lithium rắn có thể đang được sử dụng. Thiết kế này được mô tả chi tiết trong phần này.

Các nhà nghiên cứu cũng đã phát triển một cấu trúc cực dương cho pin Li-ion dựa trên vật liệu nanocomposite silic-carbon. Một anode silic trên lý thuyết có thể lưu trữ 10 lần năng lượng của một anode graphite, nhưng sự giãn nở và co ngót khi nạp và xả làm cho hệ thống không ổn định. Việc thêm graphitevào anode được cho là đạt được khả năng lý thuyết gấp 5 lần so với Li-ion thông thường với hiệu năng ổn định, tuy nhiên tuổi thọ sẽ bị hạn chế do các vấn đề cấu trúc khi chèn và nhả lithium-ion ở thể tích cao.

Đáp ứng tám yêu cầu cơ bản của pin bát giác là một thách thức. Thương mại hóa có vẻ như tập trung vào một mục tiêu di động mà luôn đi trước một thập kỷ, nhưng các nhà khoa học không bỏ cuộc. Dưới đây là một số pin thử nghiệm có triển vọng nhất

Lithium-không khí (Li-air)

Lithium-air cung cấp một biên giới mới thú vị vì pin này hứa hẹn để lưu trữ nhiều năng lượng hơn là có thể với công nghệ lithium-ion hiện tại. Các nhà khoa học đã vay mượn ý tưởng từ kẽm-không khí và pin nhiên liệu để làm cho pin “thở” không khí. Pin sử dụng catốt không khí cung cấp oxy, chất điện phân và cực dương lithium.

Năng lượng lý thuyết đặc trưng của không khí lithium là 13kWh / kg. Nhôm oxit cũng đang được thử nhưng năng lượng tương đối thấp chỉ vào khoảng 8kWh / kg. Nếu những năng lượng này thực sự được ứng dụng vào thực tế,năng lương của nó có thể thay thế động cơ xăng khi mà  khi mà năng lượng của nó ngang bằng với xăng khoảng 13kWh / kg. Nhưng ngay cả khi sản phẩm cuối cùng chỉ bằng một phần tư mật độ năng lượng lý thuyết, động cơ điện hiệu quả hơn 90% sẽ bù đắp cho công suất thấp hơn so với ICE với hiệu suất nhiệt chỉ từ 25-30%.

Li-air đã được đề xuất trong những năm 1970 và đã thu hút được sự quan tâm mới vào cuối những năm 2000, một phần do những tiến bộ trong khoa học vật liệu và nỗ lực để tìm ra loại pin tốt hơn cho hệ thống truyền động điện. Tùy thuộc vào vật liệu được sử dụng, lithium-air tạo ra điện áp từ 1,7 đến 3,2 V / cell. IBM, MIT, Đại học California và các trung tâm nghiên cứu khác đang phát triển công nghệ này.

Giống như các loại pin “thở không khí” khác, điện áp có thể giảm tùy thuộc vào nhiệt độ mội trường, đặc biệt là ở nhiệt độ lạnh. Độ tinh khiết của không khí cũng được cho là một thách thức vì không khí chúng ta thở trong các thành phố của chúng ta không đủ sạch cho động cơ không khí lithium và cần được lọc. Do đó chúng ta sẽ phải cần một máy nén và một bộ lọc nhưng nó sẽ tiêu thụ 30% năng lượng sinh ra để hoạt động máy lọc đấy.

Một vấn đề nữa là hiện tượng trai pin. Khi các Lithium và oxy tạo thành các màn lithium peroxide tạo ra hàng rào ngăn cản sự chuyển động của điện tử và làm giảm khả năng lưu trữ năng lượng. Các nhà khoa học đang thử nghiệm các chất phụ gia để ngăn ngừa sự hình thành màng. Chu kỳ nạp xả đang dần được cải thiện khi mà hiện nay chu kỳ nạp xả chỉ vào khoảng  50 chu kỳ.

Lithium-kim loại (Li-kim loại)

Lithium-metal từ lâu đã được xem như là pin sạc trong tương lai do năng lượng  cao và khả năng tải tốt. Tuy nhiên, lắng đọng lithium  gây ra sự tăng trưởng dendrite gây ra các mối nguy an toàn bằng cách thâm nhập vào tách và sản xuất điện ngắn.

Sau một vài nỗ lực thương mại hoá pin lithium-metal sạc lại, nghiên cứu và sản xuất hạn chế của pin này vẫn tiếp tục. Trong năm 2010, một viên lithium-metal thử nghiệm có công suất 300Wh / kg đã được lắp đặt trong một chiếc xe điện thử nghiệm. DBM Energy, nhà sản xuất pin của Đức, tuyên bố viên pin đã đạt 2.500 chu kỳ nạp xả,thời gian sạc ngắn và giá cả cạnh tranh nếu pin được sản xuất hàng loạt.

Một chiếc Audi A2 với những chiếc ắc quy này đã chạy trên 450 km (284 mi) từ Munich tới Berlin bằng một lần sạc. Có một tin đồn rằng chiếc xe bị phá hủy bởi lửa trong khi thử nghiệm. Mặc dù pin lithium-metal vượt qua các kiểm tra nghiêm ngặt, sự an toàn lâu dài vẫn là một vấn đề vì dây kim loại hình thành có thể gây ra điện ngắn.

Pin NCA trong Tesla S 85 có 250Wh / kg, LMO trong BMW i3 có 120Wh / kg và một hóa chất tương tự trong Nissan Leaf có 80Wh / kg. Các loại pin BMW i3 và Liaf được sản xuất với độ bền cao; Tesla đạt được điều này bằng cách quá định cỡ.

Một giải pháp để ức chế sự phát triển của dendrite có thể sắp xảy ra. Để sản xuất không có dendrite tiền gửi pin Li-kim loại, các bài kiểm tra đang được tiến hành bằng cách thêm kim cương nung như một phụ gia điện phân. Điều này hoạt động trên nguyên tắc lithium thích hấp thụ bề mặt của một viên kim cương, dẫn đầu một khoản tiền gửi đồng đều và tăng cường hoạt động đi xe đạp. Các cuộc thử nghiệm cho thấy xe đạp ổn định trong 200 giờ, nhưng điều này không đảm bảo đủ cho các ứng dụng của người tiêu dùng như điện thoại di động và máy tính xách tay. Cùng với công việc nghiên cứu, pin Li-metal có thể cần các biện pháp phòng ngừa khác bao gồm các chất điện phân không cháy, các vật liệu điện an toàn hơn và các bộ tách mạnh hơn.

Lithium dạng rắn

Li-ion hiện tại sử dụng anode graphite và điều này làm giảm năng lượng cụ thể. Công nghệ trạng thái rắn thay thế than chì bằng lithium tinh khiết và thay thế dung dịch lỏng ngâm trong một bộ tách xốp với một polymer rắn hoặc một bộ tách gốm. Điều này tương tự như lithium-polymer năm 1970 đã bị ngưng vì lý do an toàn và hiệu suất. (Xem BU-206: Li-polymer: Chất của Hype .)

Các cổ phiếu pin trạng thái rắn tương đồng với lithium-kim loại và các nhà khoa học đang cố gắng khắc phục những vấn đề về sự hình thành sợi kim loại với việc sử dụng polymer khô và tách gốm. Những thách thức bổ sung đang đạt được độ dẫn điện đủ lớn ở nhiệt độ mát và cần phải cải thiện tính chu kỳ. Các nguyên mẫu trạng thái rắn được cho là chỉ đạt 100 chu kỳ.

Pin rắn trạng thái hứa hẹn lưu trữ năng lượng gấp đôi so với Li-ion thông thường, nhưng dung lượng tải có thể thấp, làm cho chúng không phù hợp với hệ thống điện và ứng dụng yêu cầu dòng điện cao. Các ứng dụng mục tiêu là san lấp mặt bằng tải cho nguồn năng lượng tái tạo cũng như EVs bằng cách thu tiền trong thời gian sạc ngắn mà pin này cho phép. Các phòng thí nghiệm nghiên cứu, trong đó có Bosch, dự đoán pin vào trạng thái rắn có thể sẽ có mặt trên thị trường vào năm 2020 và sẽ được sử dụng trong xe hơi vào năm 2025.

Lithium-lưu huỳnh (Li-S)

Nhờ trọng lượng nguyên tử thấp của lithi và trọng lượng lưu huỳnh vừa phải, pin lithium-sulfur cung cấp năng lượng đặc biệt rất cao là 550Wh / kg, gấp ba lần Li-ion. Li-S cũng có công suất đặc biệt đáng kể là 2.500W / kg. Trong khi xả, lithium tan ra từ bề mặt cực dương và tự đảo ngược khi sạc bằng cách tự mạ lại trên cực dương. Li-S có điện áp di động là 2.10V, có đặc tính phóng điện nhiệt độ lạnh tốt và có thể nạp lại ở -60 ° C (-76 ° F). Pin thân thiện với môi trường; lưu huỳnh, thành phần chính, có rất nhiều. Một mức giá 250 đô la Mỹ cho mỗi kWh được cho là có thể.

Một điển hình Li-ion có một cực dương than chì chứa các ion lithium giống như khách sạn của khách sạn. Khi xả, pin phát hành các ion vào cathode, sao chép khách để kiểm tra ra vào buổi sáng. Trong Li-S, than chì được thay thế bằng kim lithi, một chất xúc tác cung cấp hai nhiệm vụ như điện cực và nhà cung cấp các ion lithium. Pin Li-S được loại bỏ “trọng lượng chết” bằng cách thay thế cathode oxit kim loại được sử dụng trong Li-ion với lưu huỳnh rẻ hơn và nhẹ hơn. Lưu huỳnh có thêm lợi thế của các nguyên tử lithium kép, một cái gì đó Li-ion không thể làm được.

Thách thức với lithium-sulfur là chu kỳ giới hạn của cuộc sống chỉ có 40-50 phí / xả như lưu huỳnh bị mất trong quá trình đi xe đạp bằng cách shuttling đi từ cathode và phản ứng với anode lithium. Các vấn đề khác là độ dẫn kém, sự xuống cấp của cathode lưu huỳnh với thời gian và sự ổn định kém ở nhiệt độ cao hơn. Từ năm 2007, các kỹ sư Stanford đã thử nghiệm với dây nano. Các thử nghiệm với graphene cũng đang được thực hiện với kết quả đầy hứa hẹn.

Natri-ion (Na-ion)

Sodium-ion đại diện cho một sự thay thế loại pin Li-ion có chi phí thấp hơn do natri không đắt tiền và có sẵn. Đặt vào cuối những năm 1980 ủng hộ lithium, Na-ion có ưu điểm là nó có thể được thải hoàn toàn mà không gặp phải các áp lực được phổ biến với các hệ thống pin khác. Pin cũng có thể được vận chuyển mà không phải tuân thủ Quy định Hàng nguy hiểm . Một số tế bào có 3,6 V, và năng lượng cụ thể là khoảng 90Wh / kg với chi phí cho mỗi kWh tương tự như pin axit chì. Cần phải phát triển thêm để cải thiện số lượng chu kỳ và giải quyết sự giãn nở thể tích lớn khi pin được sạc đầy.

Mẹo xử lý để chất lượng hình ảnh đẹp hơn khi sử dụng máy ảnh

  • Bộ sạc đôi FW50 cho SONY lpha 7 7R II 7S a7S a7R II a5000 a5100 a6000 a6300 NEX-7

    850,000VNĐ 600,000VNĐ Giảm giá!
  • Freeship

    Bộ sạc pin AA và AAA cao cấp Sunopux

    490,000VNĐ
  • Pin CR123A Panasonic

    50,000VNĐ
  • Pin máy ảnh Pentax D-Li109 – DSTE

    350,000VNĐ
  • Freeship

    Pin sạc AA 1.5 V Kentli Li-Ion 3000 mWh

    800,000VNĐ
  • Freeship

    Pin sạc AA Beston 1100 mAh

    100,000VNĐ
  • Freeship

    Pin sạc AA Beston 1300 mAh

    120,000VNĐ
  • Freeship

    Pin sạc AA Camelion 2500 mAh

    100,000VNĐ
  • Freeship

    Pin sạc AA Camelion 2500 mAh

    100,000VNĐ
  • Freeship

    Pin sạc AA Camelion 2700 mAh

    100,000VNĐ
  • Freeship

    Pin sạc AA Panasonic Eneloop 1900 mah Nhật

    320,000VNĐ
  • Pin sạc CR2 Litelong

    300,000VNĐ
  • Pin sạc D-Li50 Pentax DTSE

    350,000VNĐ
  • Pin sạc Gopro 4 – Kingma

    600,000VNĐ
  • Pin sạc máy ảnh Canon LPE6

    500,000VNĐ