Language
Country/Area
No result found
Bí ẩn về pin lithium-không khí: Tại sao chúng được ca ngợi là ngôi sao tương lai của xe điện?
Với nhu cầu về xe điện và năng lượng tái tạo ngày càng tăng, pin lithium-air (Li–air) đã nhanh chóng trở thành tâm điểm của ngành do mật độ năng lượng cao về mặt lý thuyết. Pin lithium-không khí là một tế bào điện hóa kim loại-không khí tạo ra dòng điện thông qua quá trình oxy hóa lithium ở cực dương và khử oxy ở cực âm. Loại pin sử dụng lithium để phản ứng với oxy từ môi trường được cho là có mật độ năng lượng tương đương với mật độ năng lượng của xăng dùng cho động cơ đốt trong.
Về mặt lý thuyết, mật độ năng lượng của pin lithium-không khí có thể đạt xấp xỉ 40,1 MJ/kg, hay 11,14 kWh/kg, mang lại tiềm năng vô song để sử dụng trong xe điện.
Theo nghiên cứu hiện tại, mật độ năng lượng thực tế của pin lithium-không khí cũng rất đáng kể, dao động từ khoảng 6,12 MJ/kg (1,7 kWh/kg). Dữ liệu này vượt xa dữ liệu của pin lithium-ion thương mại hiện có, về mặt lý thuyết có thể hỗ trợ một chiếc xe điện nặng 2.000 kg đi được quãng đường khoảng 500 km. Tuy nhiên, để đạt được mục tiêu thương mại hóa, pin lithium-không khí vẫn cần phải giải quyết những thách thức đáng kể như năng lượng thực tế và vòng đời.
Lịch sử phát triển
Khái niệm về pin lithium-không khí lần đầu tiên xuất hiện vào những năm 1970, khi chúng chủ yếu được coi là nguồn năng lượng pin tiềm năng cho xe điện và xe hybrid. Tuy nhiên, những thách thức kỹ thuật đã khiến khái niệm này không hoạt động trong nhiều thập kỷ, nhưng những tiến bộ trong khoa học vật liệu đã hồi sinh công nghệ này vào những năm 2000.
Mặc dù tiến bộ công nghệ của pin lithium-không khí rất ấn tượng nhưng những thách thức như thời gian sạc pin, độ nhạy ẩm và độ dẫn điện kém của các loại Li2O2 vẫn là trở ngại đáng kể cho việc thương mại hóa.
Thiết kế và vận hành
Pin lithium-không khí thường bao gồm cực dương, cực âm và chất điện phân. Trong quá trình phóng điện, các ion lithium di chuyển giữa cực dương và cực âm thông qua chất điện phân, trong khi các electron hoàn thành công việc điện thông qua mạch ngoài. Trong quá trình sạc, kim loại lithium lắng đọng ở cực dương và oxy được giải phóng ở cực âm.
Cực dương
Kim loại lithium là sự lựa chọn cực dương phổ biến trong pin lithium-không khí so với các vật liệu kim loại khác. Dung lượng riêng cao của cực dương lithium (3.840 mAh/g) ở tình trạng tốt chắc chắn là một trong những ưu điểm của nó, nhưng nó cũng phải đối mặt với những thách thức như nguy cơ kim loại lithium phản ứng với chất điện phân và lithium đuôi gai, có thể làm giảm hiệu suất của pin. và tuổi thọ.
Hiện nay, nhiều bên đang tìm cách giải quyết những tác động tiêu cực do lithium đuôi gai gây ra thông qua vật liệu điện phân mới hoặc thiết kế giao diện cải tiến.
Cực âm
Sự thoát khí của cực âm là một trong những cốt lõi của công nghệ pin lithium-không khí và phản ứng khử oxy có vai trò quan trọng đối với hiệu suất của pin. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng carbon trung tính kết hợp với chất xúc tác kim loại có thể tăng cường hiệu quả động học khử và hiệu suất công suất riêng của cực âm, cho phép nó mang lại hiệu suất tốt hơn trong các ứng dụng thực tế.
Đa dạng chất điện giải
Hiện nay, có bốn hướng chính để thiết kế chất điện phân trong pin lithium-không khí: chất điện phân có tính axit, chất điện phân kiềm có nước, chất điện phân proton không chứa nước và chất điện phân khan. Mỗi chất điện phân đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Ví dụ, chất điện phân dạng nước có thể tránh tắc nghẽn cực âm, nhưng phản ứng của kim loại lithium với nước có thể gây ra những rủi ro mới về an toàn.
Thiết kế chất điện phân hỗn hợp nước-nước cố gắng kết hợp các ưu điểm của cả hai để tạo ra pin lithium-không khí an toàn hơn và hiệu quả hơn.
Triển vọng và thách thức trong tương lai
Ngoài các vấn đề kỹ thuật, những thách thức mà pin lithium-air phải đối mặt còn bao gồm độ tin cậy, tính kinh tế và sự chấp nhận của thị trường. Khi nhu cầu về pin mật độ năng lượng cao hơn tiếp tục tăng, cộng đồng nghiên cứu khoa học và các công ty liên quan đang nỗ lực hết sức để giải quyết những vấn đề này. \
Kết luận
Tiềm năng lý thuyết và triển vọng ứng dụng thực tế của pin lithium-không khí rất hấp dẫn, nhưng vẫn cần phải vượt qua nhiều trở ngại về kỹ thuật và thị trường để chúng thành công trên thị trường xe điện. Vẫn cần thời gian để chứng minh liệu pin lithium-không khí có thể trở thành lựa chọn chủ đạo cho xe điện trong tương lai hay không và làm thế nào để hiện thực hóa lý tưởng này?
