Theo thông tin từ các phương tiện truyền thông nước ngoài, một nhóm nghiên cứu tại Hàn Quốc đã phát hiện ra một phụ gia đổi mới có thể cải thiện đáng kể tuổi thọ và hiệu suất của pin lithium không khí. So với pin lithium ion truyền thống, tiến bộ này hứa hẹn sẽ tăng gấp đôi thời gian hoạt động của xe. Nghiên cứu này được lãnh đạo bởi Giáo sư Kwak Won-jin từ Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST), Giáo sư Seo Seong-eun từ Đại học Ajou và Giáo sư Chen Shuming từ College Oberlin của Hoa Kỳ.
（Nguồn ảnh: UNIST）
Pin lithium không khí nổi tiếng với mật độ năng lượng cao của nó, sử dụng anode lithium và oxy trong không khí làm cathode, có dung lượng gấp 5 lần pin lithium ion truyền thống. Tuy nhiên, những pin này gặp phải thách thức khi tạo ra các cụm oxy hoạt tính (ROS) trong quá trình hoạt động, điều này gây suy giảm các thành phần pin và giảm hiệu suất. Phụ gia mới được phát triển có thể giải quyết những thách thức này, được gọi là BAC, là một môi trường oxy hóa khử có thể duy trì mức điện áp sạc ổn định ở 3.5V ngay cả khi tiếp xúc với oxy đơn (một dạng oxy rất hoạt tính).
Mặc dù môi trường oxy hóa khử này chỉ chiếm 5% trọng lượng chất điện phân của pin, nhưng nó đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất năng lượng và tuổi thọ của pin lithium không khí. Bằng cách giảm điện áp cần thiết cho sạc, môi trường BAC có thể nâng cao hiệu quả năng lượng và giảm quá tải của pin, từ đó kéo dài tuổi thọ của nó. Nhà nghiên cứu Lee Hyun-wook cho biết: “Với sự trợ giúp của phương pháp thiết kế phân tích cấu trúc phân tử, chúng tôi đã phát triển môi trường oxy hóa khử này.”
Thiết kế của môi trường BAC chứa một nguyên tử hydro kết nối với “α-carbon”. Theo quy tắc Bredt, cấu hình này có tính phản ứng thấp hơn với oxy đơn. Sáng kiến cấu trúc này đảm bảo độ ổn định và tính khả kiến của môi trường, với tỷ lệ giải phóng oxy trong quá trình sạc lần lượt là 82% và 79%. Ngược lại, các môi trường khác có hiệu suất giảm rõ rệt khi tiếp xúc với các cụm oxy hoạt tính.
Giáo sư Kwak nhấn mạnh tầm quan trọng của tiến bộ này, ông nói: “Pin lithium không khí sẽ gặp phải nhiều phản ứng phụ do các cụm oxy hoạt tính. Việc kiểm soát những phản ứng phụ này là rất quan trọng để nâng cao trình độ kỹ thuật của hệ thống. Quy trình thiết kế phụ gia điện phân được sử dụng trong nghiên cứu này hứa hẹn sẽ tăng cường công nghệ pin lithium không khí và được áp dụng để phát triển nhiều loại xúc tác khác.”
Ứng dụng tiềm năng của đột phá này không chỉ giới hạn trong xe điện mà còn hứa hẹn thúc đẩy sự phát triển trong các lĩnh vực cần lưu trữ năng lượng dung lượng lớn khác nhau.
