Dù khoa học hiện nay có nhiều phát triển vượt bậc nhưng việc lưu trữ năng lượng vẫn là bài toán khó giải một cách trọn vẹn nhất.
Dù khoa học hiện nay có nhiều phát triển vượt bậc nhưng việc lưu trữ năng lượng vẫn là bài toán khó giải một cách trọn vẹn nhất.
Các loại pin
Năng lượng thường lưu trữ bằng các phản ứng hóa học dưới dạng bình điện lớn (accu) hay các thỏi pin (battery). Phụ thuộc vào phản ứng hóa học một chiều hay thuận nghịch mà có loại sạc (charge) được, loại không sạc được.
Phần này không đề cập đến các loại bình điện acid chì dùng trong xe hơi, tàu thuyền,…
Pin sử dụng một lần không sạc được có điện thế 1.5v là các loại pin alkaline, silver oxide, zinc chloride, zinc carbon. Trong đó zinc carbon là loại rẻ nhất như ở Vn có loại pin con thỏ , con ó,..
Pin sạc được nhiều lần là các loại :
Niken Cadimi (Ni-Cd), Nickel Metal Hidride (Ni-MH) có điện thế 1.2v
Lithium-lon (Li-lon), Lithium-Polymer (Li-Po) có điện thế 3.6v hoặc 3.7v
Với cùng một thể tích, mức độ lưu trữ năng lượng từ nhiều hơn đến ít hơn là Li-Po, Li-ion, Ni-MH và Ni-Cd. Pin Li-Po, Li-ion còn có ưu điểm là có thể sạc bất kỳ lúc nào vì không bị hiệu ứng nhớ (memory effect) làm giảm dung lượng lưu trữ như Ni-Cd và Ni-MH. Vì hiệu ứng này mà Ni-Cd và Ni-MH phải sử dụng cạn năng lượng rồi mới được sạc lại thì sẽ không bị chai pin.
Tuy pin Li-Po có công nghệ mới hơn nhưng còn quá đắt nên pin Li-ion hiện nay vẫn được sử dụng trong điện thoại di động, máy tính bảng, máy ảnh, laptop, ... Thí dụ một viên pin của laptop có điện thế 14.4v nghĩa là trong đó có 4 thỏi pin Li-ion (4 x 3.6v) nối tiếp với nhau.
 |
Hình bên trái : sợi nano không phủ gel bị hư hại sau 4 ngàn lần sạc.
Hình bên phải : sợi nano phủ gel gần như nguyên vẹn sau 100 ngàn lần sạc.
|
Điểm yếu của pin Li-ion là số lần sạc tối đa cũng chỉ khoảng 6 hoặc 7 ngàn lần. Nguyên nhân nằm ở chỗ trong pin Li-ion có các sợi nano (nanowire) bằng vàng rất nhỏ dễ bị giãn nở và mau đứt khi sạc và xả điện. Sợi nano có kích thước cỡ một phần tỷ của mét, nhỏ hơn cả sợi tóc. Mục đích sử dụng sợi nano vì có tính dẫn rất cao, có diện tích bề mặt lớn giúp dễ dàng tạo phản ứng hóa học trong pin.
Mya Lê Thái, trong vai trò trưởng nhóm nghiên cứu của Đại học California, Irvine (UCI), cùng các đồng sự đã giải quyết vấn đề này bằng cách phủ bên ngoài sợi nano một lớp manganese oxide (MnO2), sau đó phủ tiếp một lớp chất điện phân dạng gel có cấu trúc tương tự thủy tinh hữu cơ Plexiglas. Giải pháp này đã giúp sợi nano không còn đứt gãy, góp phần làm tăng tuổi thọ của pin Li-ion.
Mya Lê Thái cho biết, tất cả các thiết bị thử nghiệm đều đạt mức trên 100 thậm chí 200 ngàn lần sạc mà pin không bị “chai”.
Sáng chế này được công bố ngày 20.04.2016 trong Bản Tin Năng Lượng của Hiệp Hội Hóa Học Mỹ (American Chemical Society’s Energy Letters). Một ngày sau, 21.04.2016 Mya Lê Thái được cấp bằng sáng chế (patent).
Được biết chi phí cho việc nghiên cứu này được tài trợ bởi Cục Năng Lượng Cơ Bản trực thuộc Bộ Năng Lượng Hoa Kỳ (Basic Energy Sciences division of the U.S. Department of Energy).
Với kết quả vừa công bố tháng 4.2016, công trình kéo dài tuổi thọ pin Li-ion gần như vĩnh viễn chắc chắn sẽ làm thay đổi bộ mặt ngành năng lượng toàn thế giới.
Tuy nhiên, công trình này chỉ mới ở giai đoạn nghiên cứu khoa học. Để đi đến công nghệ sản xuất còn cần một thời gian nữa. Các dây chuyền sản xuất pin Li-ion sẽ được thiết kế lại. Các chuẩn về pin Li-ion sẽ được thống nhất hơn vì pin sẽ còn được tái sử dụng trong khi máy móc thiết bị đã bị đào thải.
Các hãng sản xuất pin Li-ion sẽ được sàng lọc chỉ còn lại những hãng có đủ năng lực sản xuất. Những nơi sản xuất pin đểu sẽ khó tồn tại vì khó theo nổi kỹ thuật nano và quan trọng hơn pin zin (genuine part) theo máy chẳng bao giờ hư. Thậm chí sẽ có tình trạng chỉ cần mua máy mới sử dụng lại pin cũ nếu việc chuẩn hóa pin đã thực hiện.
Để hiểu khái niệm tuổi thọ pin gần như vĩnh viễn với 200 ngàn lần sạc hãy giả sử ngày nào cũng sạc điện thoại di động thì chỉ phải thay pin sau 548 năm.
Và một điều chắc chắn rằng, Mya Lê Thái sẽ được hưởng bản quyền sáng chế (patent) từ các hãng sản xuất pin trên thế giới.
 |
| Mya Lê Thái trong ngày tốt nghiệp Cử nhân tại UCLA |
Mya Lê Thái sinh năm 1988 tại Đà Nẵng với họ tên ở Việt Nam là Lê Thái Trà My. Bố là kỹ sư Lê Quang Đài và mẹ là giáo viên Thái Ngọc Loan. Mya sang Mỹ học trung học, sau đó lấy bằng Cử nhân Khoa học ngành Hóa học chuyên ngành công nghệ nano tại Đại học California, Los Angeles (UCLA).
Hiện tại, Mya Lê Thái đang học chương trình Tiến sĩ tại Đại học California, Irvine (UCI).
PQT
5/2016
Source
https://news.uci.edu/research/all-powered-up/
http://www.computerworld.com/article/3060005/mobile-wireless/scientists-can-now-make-lithium-ion-batteries-last-a-lifetime.html
http://nld.com.vn/van-hoa-van-nghe/giac-mo-mya-20160430214855089.htm
https://www.linkedin.com/in/myalethai