Pin lithium-ion có thể sạc lại đã phục vụ chúng ta tốt, nhưng chúng ta luôn muốn thứ tốt hơn. Loại pin lý tưởng sẽ phải đáp ứng các ứng dụng từ máy bay, xe điện đến điện thoại, máy ảnh và cả lưới điện... Dĩ nhiên, nó phải nhỏ gọn và thân thiện với môi trường. Các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đang săn tìm loại pin như vậy.
Pin Lithium-Ion tinh thể thiếc
Lithium-ion có thể được xem đã đưa ra chuẩn mực cho công nghệ pin sạc, là loại năng lượng cô đặc, tương đối rẻ và được sử dụng trong nhiều thiết bị từ máy tính bảng, máy ảnh đến khoan điện và cả máy bay. Lithium là nguyên tố kim loại nhẹ nhất trên bảng tuần hoàn và có tiềm năng hóa điện lớn nhất.
| Pin lithium - ion tạo ra điện bằng cách truyền các ion lithium từ điện cực âm đến điện cực dương, và ngược lại khi sạc. Tuy nhiên các điện cực thường được làm bằng coban, niken, mangan hoặc than chì không hấp thu được nhiều ion như mong muốn. Từ đó đã nảy sinh ý tưởng dùng chất liệu nano làm điện cực để tăng khả năng lưu trữ năng lượng của pin. | |  |
Các nhà khoa học phát hiện thiếc là vật liệu tuyệt vời để tăng khả năng lưu trữ năng lượng của pin. Tinh thể thiếc có khả năng nở rộng gấp ba lần kích thước bình thường khi hấp thụ các ion lithium, và sau đó co lại khi giải phóng ion (giống như miếng bọt biển). Đặc tính này cho phép tăng gấp đôi dung lượng của pin, theo Laboratory of Inorganic Chemistry tại ETH Zurich.
Pin Metal-Air
Tên giống một ban nhạc độc đáo, pin "metal-air” (kim loại - khí) là một loại pin “khác thường” có các điện cực kim loại tương tác với không khí thay vì chất lỏng. Các điện cực này được chế tạo từ hỗn hợp kim loại (tốt nhất là lithium và natri) có khả năng tương tác với oxy trong không khí tạo ra dòng điện.
| Các chuyên gia cho rằng pin lithium - khí sẽ là “chìa khóa” cho pin xe điện, hứa hẹn kéo dài cự ly đi được lên đến 1.000 km hay hơn so với mức trung bình hiện tại chỉ khoảng 100-200 km. Hiện thời công nghệ này chưa ổn định, nhưng việc nghiên cứu và đầu tư thì “ổn”. Ví dụ, IBM hiện đang nghiên cứu chế tạo một mẫu pin lithium - khí cho máy bay Dreamliner của Boeing. | |  Pin kim - khí |
Một “đối thủ” của pin lithium - khí là natri - khí. Theo lý thuyết, loại pin này có dung lượng thấp hơn nhưng ổn định hơn và dễ chế tạo hơn lithium - khí, và hiệu quả hơn so với pin lithium - ion hiện nay. Thực ra các thử nghiệm cho thấy pin natri - khí có thể lưu trữ năng lượng cao hơn pin lithium - khí. Vì vậy hiện nay công nghệ này được cho là có ưu thế so với pin lithium - khí. Ngoài ra còn có loại pin nhôm - khí và kẽm - khí, loại pin kẽm - khí đã có mặt trên thị trường và có thể tìm thấy trong máy trợ thính.
Pin kim loại lỏng
| Lưới điện hiện nay không có khả năng lưu trữ, vì thế các nhà máy điện phải “phỏng đoán” khi giải bài toán cung cầu, điều này làm cho hiệu quả của hệ thống điện không cao. Thử tưởng tượng một loại pin quy mô lưới điện có khả năng thu giữ năng lượng để “nhà đèn” cấp phát theo yêu cầu. Đây là một trong những ý tưởng đằng sau cái gọi là "lưới điện thông minh", dựa trên công nghệ thông tin để dự đoán biến động nhu cầu, và kim loại lỏng được xem là thành phần có tính quyết định để hiện thực ý tưởng này. | | 
Pin kim loại lỏng |
Nguyên lý hoạt động như sau: hai điện cực kim loại lỏng, cực âm có mật độ thấp và cực dương có mật độ cao, ngăn cách bởi chất điện phân muối nóng chảy. Sự khác biệt trong thành phần giữa hai kim loại lỏng làm phát sinh điện áp (mời xem thêm bài “Những công ty sáng tạo nhất trong lĩnh vực năng lượng”, STINFO số 5/2013).
Cha đẻ ý tưởng này, giáo sư Donald Sadoway của học viện MIT cho biết dự kiến trong năm 2014 sẽ có sản phẩm mẫu.
Siêu tụ graphene
| Không là pin nhưng siêu tụ graphene có khả năng lưu trữ năng lượng hấp dẫn nhất và có thể làm cho pin trở nên lỗi thời. Không giống như pin, sinh ra dòng điện thông qua phản ứng điện hóa, tụ điện chỉ lưu trữ năng lượng. Thách thức cho đến nay đó là chế tạo tụ điện nhỏ gọn, ít tốn kém và lưu trữ được nhiều năng lượng hơn so với pin, được gọi là "siêu tụ". | | 
Siêu tụ graphene |
Nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra graphene - một tấm carbon chỉ dày cỡ một nguyên tử. có khả năng tăng đáng kể mật độ năng lượng của tụ điện. Một sinh viên tại Phòng thí nghiệm đại học California (UCLA) đã “tình cờ” tìm ra cách sản xuất graphene với giá rẻ sử dụng công nghệ thông dụng hiện tại (mời xem thêm bài “Siêu tụ: tương lai của pin”, STINFO số 12/2013). Nếu phải chọn một công nghệ thì siêu tụ graphene có vẻ là lựa chọn sáng giá nhất. Chỉ riêng vật liệu graphene đã đủ hấp dẫn.
P. NGUYỄN, STINFO Số 12/2013