VINACHEM

Từ năm 2012, các nhà nghiên cứu tại Viện Hóa học và công nghệ vật liệu thuộc Đại học Tổng hợp Graz (áo) đã nghiên cứu phát triển một thế hệ mới ắc quy liti-oxy với tính năng cao và tuổi thọ hoạt động dài hơn, đồng thời chi phí sản xuất rẻ hơn so với các loại ắc quy hiện nay. Trong quá trình nghiên cứu, họ đã phát hiện những điểm tương đồng giữa quá trình lão hóa của tế bào trong cơ thể sống và quá trình lão hóa của ắc quy. Trong cả hai trường hợp, oxy mức đơn với hoạt tính cao đều là thủ phạm gây ra quá trình lão hóa. Dạng oxy này được tạo ra khi ắc quy liti-oxy phóng hoặc nạp điện. Nay các nhà nghiên cứu tại Graz đã phát hiện phương pháp giảm xuống tối thiểu tác động bất lợi của oxy mức đơn.

Trong công trình nghiên cứu mới công bố, các nhà khoa học tại Graz đã miêu tả tác động của oxy mức đơn đối với các chất trung gian oxy hóa khử, đây là những chất có thể được oxy hóa hoặc khử thuận nghịch. Các chất trung gian oxy hóa khử đóng vai trò quan trọng đối với dòng điện tử giữa mạch ngoài và vật liệu lưu trữ điện tích trong ắc quy, vì vậy chúng cũng có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả hoạt động của ắc quy. Các chất trung gian oxy hóa khử này cũng chịu trách nhiệm đối với nhiều chức năng khác nhau trong tế bào sống, ví dụ truyền các xung thần kinh và sản xuất năng lượng.

Cho đến nay, người ta vẫn cho rằng các chất trung gian oxy hóa khử bị mất hoạt tính là do các peoxit. Nhưng những thí nghiệm của các nhà khoa học áo cho thấy tác nhân khử hoạt tính ở đây chính là oxy mức đơn. Các nhà khoa học đã áp dụng các phép tính của lý thuyết phiếm hàm mật độ để biểu thị vì sao một số hạng mục các chất trung gian nhất định có thể chống lại oxy mức đơn tốt hơn. Họ cũng đã xác định những đường tấn công có khả năng nhất. Những kiến thức này được sử dụng để phát triển các chất trung gian oxy hóa khử mới, bền vững hơn.

Ngoài việc làm mất hoạt tính các chất trung gian oxy hóa khử, oxy mức đơn cũng gây ra các phản ứng ký sinh, ảnh hưởng đến tuổi thọ và khả năng nạp điện của ắc quy. Vì vậy, các nhà khoa học áo đã tìm cách xác định chất ức chế thích hợp, có khả năng chuyển hóa oxy mức đơn thành oxy mức ba vô hại - như vẫn diễn ra trong không khí. ở đây, các quá trình sinh học trong tự nhiên đã chỉ hướng đi cho họ: Trong cơ thể sống, một loại enzym gọi là superoxit dismutase có tác dụng ức chế sự hình thành oxy mức đơn. Thay cho enzym này, các nhà khoa học sử dụng DABCOnium - muối của hợp chất hữu cơ DABCO. DABCOnium là chất phụ gia điện phân, so với các chất đã biết khác nó bền vững hơn nhiều trước các tác động oxy hóa, đồng thời cũng tương thích với anôt liti kim loại.

Bằng cách đó, lần đầu tiên các nhà khoa học áo đã tạo ra những điều kiện để nạp điện ắc quy liti-oxy mà hầu như không để xảy ra phản ứng phụ, tức là không có các phản ứng ký sinh.

Các nhà khoa học dự định sẽ phát triển một hạng mục mới các chất trung gian oxy hóa khử bền vững đối với oxy mức đơn, qua đó ức chế một cách hiệu quả các tác động của oxy mức đơn, nhờ đó kéo dài tuổi thọ của ắc quy liti-oxy và tăng tối đa hiệu quả sử dụng năng lượng của ắc quy.

HS

Theo ScienceDaily, 4/2019