Trong bối cảnh này, hàng loạt ý tưởng thú vị xuất hiện, nhằm mục đích cải thiện pin lithium truyền thống, hay hướng đến nhiều loại pin thay thế độc đáo, hi vọng sẽ được thương mại hóa trong thập kỷ tới.
Nâng cấp pin truyền thống
Từ lâu, pin lithium-ion được ví như một phần tất yếu của cuộc sống "thông minh". Nhiều ý kiến cho rằng sự hiện diện của pin lithium-ion sẽ ngày càng phổ biến khi nó luôn đạt điểm dung hòa giữa chất lượng, độ bền, ổn định và khả năng sản xuất ở quy mô công nghiệp.
 |
| Xu hướng pin "xanh" lấy nguyên liệu sản xuất từ cát. |
Tuy nhiên, lithium-ion vẫn tồn tại một số nhược điểm như có thể bắt lửa, xì khói, quá nhiệt hoặc phát nổ khi va chạm.
Bên cạnh đó, việc sản xuất ngày càng gặp khó khăn khi phụ thuộc phần lớn vào nguồn cung hạn chế của lithium và cobalt đang dần trở nên khan hiếm. Ngay cả quá trình khai thác hai loại quặng này cũng được khoa học chứng minh rất độc hại, tác động tiêu cực đến môi trường tự nhiên.
Trong bối cảnh này, các kỹ sư Mỹ đang thử nghiệm công nghệ mới sử dụng hệ thống dây nano từ kim loại quý để sản xuất các viên pin cho phép tăng tốc thời gian sạc, đồng thời kéo dài tuổi thọ của pin.
Để cảnh báo nguy cơ cháy nổ của pin lithium-ion, ý tưởng tích hợp công nghệ theo dõi nhiệt độ của pin rất được hoan nghênh, hiển thị trên màn hình thiết bị mỗi ngày và trong khi sạc, có thể phát ra cảnh báo khi nhiệt độ cao bất thường.
Bên cạnh đó, các thí nghiệm kết hợp chất chống cháy triphenyl phosphate với chất dẻo plastic fibre được gia cường bằng các sợi thủy tinh để phân tách hai cực âm dương cho kết quả khả quan. Đây được coi như "bình cứu hoả" tí hon của pin, được kích hoạt khi pin quá nóng làm plastic fibre nóng chảy, từ đó giải phóng triphenyl phosphate ngăn cho pin không bị bắt lửa.
Ý tưởng pin "xanh"
Khi nguồn cung lithium hay cobalt dần cạn kiệt, nhiều nguyên liệu mới tiềm năng trở thành "cứu tinh" cho quá trình sản xuất pin của nhân loại. Một nhóm nghiên cứu Nhật Bản đang tìm cách phát triển nguyên liệu sản xuất pin lấy cảm hứng từ... biển.
Họ tách chiết natri từ muối biển, trở thành nguồn cung dồi dào để tạo nên những viên pin hoạt động hiệu quả gấp 7 lần so với pin thông thường, với giá thành thấp hơn đến 5 lần. Thú vị hơn, cát được lọc tinh khiết, nghiền thành bột, hòa với muối và ma-giê trước khi được nung nóng để loại bỏ oxy, từ đó tạo ra silicon tinh khiết. Loại silicon này được dùng thay thế cho graphite trong điện cực pin, giúp cải thiện hiệu năng gấp ba lần thông thường và cả tuổi thọ pin.
Xu hướng bảo vệ môi trường trong sản xuất pin tiếp tục thu hút sự chú ý của dư luận nhờ sáng chế pin proton. Lợi thế của loại pin này là siêu nhỏ nhưng "có võ" khi sở hữu khả năng lưu trữ năng lượng ấn tượng tương đương viên pin lithium hiện nay, dù chỉ có diện tích hoạt động bề mặt khiêm tốn vào khoảng 5cm2.
Nguồn nguyên liệu sản xuất điện cực pin proton từ carbon cực kỳ dồi dào, hoàn toàn không độc hại. Cơ chế sạc độc đáo nhờ tách phân tử nước giúp pin bền hơn, lại an toàn vì nguy cơ cháy nổ rất thấp, trong khi khả năng sạc đầy nhanh hơn 20 lần so với pin truyền thống.
Giới khoa học tin rằng, các viên pin sử dụng natri, silicon hay proton thân thiện với môi trường sẽ trở thành công nghệ của tương lai được thương mại hóa trong vòng 5 đến 10 năm tới nhằm thay thế lithium hay cobalt.
Điện cực từ... virus
Một ý tưởng kì lạ cho thế hệ pin của tương lai, ứng dụng virus kết hợp với kỹ thuật nano và biến đổi ADN để tạo nên những "nam châm sống" có khả năng hút những phân tử đặc biệt. Những con virus nam châm này được cấy vào vật chủ (như tế bào vi khuẩn) để sinh trưởng và nhân bản hàng loạt, tạo ra những thế hệ "nam châm sống" cùng tiến hành nhiệm vụ "hút" vật liệu cần thiết cho quá trình sản xuất hai cực của pin.
Ví dụ như, virus được biến đổi ADN nhằm tiết ra protein đặc thù có thể hút phân tử cobalt oxide, từ đó tự phủ lên mình một lớp phân tử coban oxide. Các nhà khoa học tiến hành bổ sung các hạt vàng siêu nhỏ, rồi kích thích để toàn bộ virus sau khi đã nhân lên vào những ống nano (rộng khoảng 6nm và dài 880nm), tạo nên cực dương của viên pin.
Cần lưu ý rằng, toàn bộ quy trình tạo điện cực từ virus được lặp lại liên tục. Điều này sẽ hoàn thiện dần khả năng của virus, cũng như giúp giới khoa học xác định được chuỗi ADN phù hợp để gây tác động, từ đó đẩy mạnh quá trình tạo protein "hút" cobalt oxide ở nhiều chủng virus khác nhau. Điểm mấu chốt trong thành tựu này là các "hạt" cobalt oxide cùng vàng được vận chuyển đến và đặt vào đúng vị trí cần thiết.
Các báo cáo gần đây tiết lộ, nhiều nhóm virus độc đáo đã được thử nghiệm để có thể "hút" tới 150 nhóm vật liệu khác nhau, tạo nên nguồn nguyên liệu dồi dào cho việc sản xuất pin. Thậm chí, các đặc tính của virus còn được khai thác để nâng cao mật độ năng lượng và tốc độ nạp của pin, giúp kéo dài tuổi thọ pin cũng như hạn chế khí thải carbon để bảo vệ môi trường.
Tất nhiên, các công nghệ nêu trên sẽ cần nhiều thử nghiệm trước khi chính thức được áp dụng cho sản xuất pin kiểu mới, hướng đến cải thiện hoặc dần thay thế pin lithium-ion vốn giữ "ngai vàng" lưu trữ năng lượng trong các thiết bị thông minh hiện nay. Nhiều ý kiến lạc quan tin rằng tham vọng sạc nhanh, dùng lâu, không cần dây mà chẳng lo nổ hoàn toàn có thể thành hiện thực.
Bởi lẽ, các nhà nghiên cứu và đầu tư sẵn sàng chi hàng tỷ USD vào cuộc chiến sản xuất pin để vượt qua các rào cản công nghệ hay vật liệu, từ đó nâng cao độ an toàn cũng như kéo dài thời lượng sử dụng cho pin.
Quan trọng hơn, dường như người thâu tóm được công nghệ sản xuất pin mới sẽ có cơ hội nắm được cả thế giới trong bối cảnh Internet vạn vật và các thiết bị thông minh đang dần thống trị nhân loại...
