Những công nghệ pin sẽ thay đổi thế giới

Tất cả những sản phẩm công nghệ đang được phát triển như smartphone, smartwatch, tablet... đều chờ đợi công nghệ pin tốt hơn do bản thân công nghệ pin phát triển chậm hơn các công nghệ khác (như tốc độ xử lý và bộ nhớ trong máy tính).... Đó là lý do để kỳ vọng về một số công nghệ pin đang phát triển để thay thế cho công nghệ pin lithium-ion hiện nay.

Pin dual-carbon
Bên cạnh việc không mang lại nhiều năng lượng như người dùng mong chờ, còn có những hạn chế nghiêm trọng khác của công nghệ pin lithium-ion hiện nay là thời gian sạc, biến động và sự xuống cấp sau một thời gian sử dụng.
Pin lithium-ion mất thời gian để sạc, thường khoảng vài giờ (ngay cả khi sở hữu những công nghệ tốt nhất), và sẽ quá nóng trong quá trình hoạt động (đặc biệt khi thiết bị sử dụng nhiều năng lượng). Nếu tản nhiệt không được quản lý đúng cách, phản ứng có thể gây cháy hoặc thậm chí nổ.
Mọi việc còn tồi tệ hơn khi chu kỳ nạp - xả của pin lithium-ion là phá hoại: chỉ sau khoảng 250 lần sạc/xả, pin lithium-ion sẽ mất khoảng 20% dung lượng lưu trữ. Điều này có thể ảnh hưởng đến smartphone, hay xe điện muốn sử dụng trong nhiều năm mà không cần phải thay thế thành phần pin độc hại và tốn kém.
Mới đây, Công ty Power Japan Plus ở Nhật Bản đã công bố giải pháp pin dual-carbon. Công nghệ pin này thay thế các cực dương và cực âm của pin (thường được làm bằng kim loại có hoạt tính cao như lithium-oxid) bằng carbon bình thường vốn khá trơ. Kết quả là pin sẽ không lưu trữ năng lượng đáng kể hơn so với công nghệ pin lithium-ion, nhưng giải quyết nhiều hạn chế khác của pin hiện tại.
Pin dual-carbon có thể sạc nhanh hơn 20 lần so với công nghệ lithium-ion, không tạo nhiệt trong quá trình hoạt động, và ít có khả năng bắt lửa. Chúng cũng giúp giảm khả năng suy giảm năng lực lưu trữ của pin (với chu kỳ sạc có thể lên đến 3.000 lần). Bên cạnh đó, nó rẻ, ít độc hại và có thể tái chế.
Power Japan Plus kỳ vọng pin dual-carbon sẽ giải quyết vấn đề lo ngại trên các xe điện, và họ có kế hoạch bắt đầu sản xuất pin này ngay trong năm nay, chủ yếu sử dụng trong các thiết bị y tế.

Pin lithium-air
Một cách khác để tăng mật độ của pin là thay đổi phản ứng hóa học, hút oxy từ bên ngoài (và tạo ra oxy trong khi nạp), như trong trường hợp của pin lithium-air. Công nghệ này đang được theo đuổi bởi IBM và một số công ty khác như là cách để thay thế hoàn toàn công nghệ pin hiện nay.
Bằng cách sử dụng oxy trong khí quyển thay vì lưu trữ oxy trong pin, nó có thể làm tăng đáng kể mật độ lưu trữ, với con số lý thuyết được giới thiệu lên đến 40 lần so với pin lithium thông thường, dẫn đến chiếc xe điện có thể đi hàng ngàn kilomet cho một lần sạc. Nguyên mẫu hiện tại đã đánh bại các cell trên lithium-ion với hệ số gấp đôi.
Hiện tại, các xe điện chỉ có thể đi du lịch trong khoảng 160 km với công nghệ pin lithium-ion. Công nghệ lithium-air được IBM nghiên cứu phát triển trong năm 2009, thông qua dự án Battery 500, để phát triển một loại pin mới cải thiện mật độ năng lượng gấp 10 lần, làm tăng đáng kể năng lượng pin có thể tạo ra cũng như lưu trữ. Mọi thứ đã được các nhà nghiên cứu của IBM chứng minh dựa trên các phản ứng hóa học cơ bản trong quá trình tích điện và nạp pin lithium-air.
Mặc dù vậy, đến nay vẫn chưa rõ khoảng thời gian mà IBM đưa công nghệ pin lithium-air vào cuộc sống, nhất là khi mọi thứ vẫn đang chỉ ở giai đoạn thí nghiệm trong phòng hóa học.

Tụ điện graphene
Một thay thế cho công nghệ pin hiện nay để cải thiện hiệu suất pin đó là tụ điện với các tấm từ tính, cách nhau bằng một điện trở. Điện có thể được lưu trong các tụ điện như một trường tĩnh điện, sau đó thải ra sau.
Tụ điện thông thường có giới hạn về lượng năng lượng mà nó có thể lưu trữ, tuy nhiên bằng cách sử dụng các tấm vật liệu như graphene, có diện tích bề mặt vô cùng lớn cho một khối lượng và thể tích nhất định, nó có thể tạo ra các tế bào điện dung rất lớn và mật độ năng lượng tương đương với pin thông thường.
Những tụ điện này sẽ không bị suy giảm sau mỗi chu kỳ sạc, và có khả năng sạc được tính bằng giây. Nguyên mẫu hiện có của loại pin này cho thấy nó có thể mang chu kỳ sạc lên đến hơn 10.000 lần, và hiển thị một độ năng lượng tương đương với pin lithium-ion truyền thống. Cải tiến khoa học vật liệu trong tương lai có thể điều khiển con số này lên cao hơn nữa.
Trong tương lai gần, một số công ty sẽ quan tâm đến tụ điện graphene, bao gồm Tesla, cho phép pin có thể sạc trong vài giây và tăng gấp đôi phạm vi sử dụng trên xe điện của họ lên đến khoảng 800 km cho mỗi lần sạc.
Nhìn chung tất cả các công nghệ này đều có thể mang một vai trò nhất định để thay thế cho công nghệ pin lithium-ion đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ qua. Việc chuyển đổi có thể sẽ không diễn ra một cách suôn sẻ hoặc nhanh như mọi người muốn, nhưng nó cho phép các ứng dụng kỹ thuật và công nghệ mới sẽ làm thay đổi thế giới công nghệ trong nhiều thập kỷ tới.