VINACHEM

Lần đầu tiên trên thế giới, các nhà khoa học tại ĐHTH Maryland (Mỹ) và Phòng thí nghiệm quân đội Mỹ đã phát triển ắc quy ion liti sử dụng dung dịch nước muối làm chất điện ly và đạt được điện thế 4,0 V, đủ để sử dụng cho các thiết bị điện tử như máy tính xách tay mà không có rủi ro cháy nổ như thường thấy ở các loại ắc quy ion liti khô.

Hiện nay, nếu muốn có năng lượng cao, người sử dụng thường lựa chọn ắc quy ion liti khô, nhưng phải chấp nhận rủi ro cháy nổ. Nếu ưu tiên lựa chọn phương án an toàn, có thể sử dụng các loại ắc quy nước như niken/hydrit kim loại, nhưng phải chấp nhận hiệu suất năng lượng thấp hơn. Nay ắc quy mới của các nhà khoa học tại ĐHTH Maryland cho phép đạt được hiệu suất năng lượng cao với độ an toàn cao.

Nghiên cứu nói trên tiếp theo sau một nghiên cứu năm 2015, khi đó các nhà khoa học đã tạo ra ắc quy 3,0 V tương tự với chất điện ly nước, nhưng ắc quy này không đạt được điện áp cao do điện cực graphit hoặc liti kim loại của ắc quy thường bị chất điện ly nước làm cho thoái hóa. Để giải quyết vấn đề này và tăng điện áp lên 4 V, các nhà khoa học Maryland đã thiết kế một loại lớp phủ dạng chất điện ly gel polyme, có thể sử dụng cho anôt graphit hoặc liti.

Lớp phủ kỵ nước đẩy các phân tử nước ra khỏi vùng xung quanh bề mặt điện cực, sau đó lớp phủ này sẽ phân rã khi ắc quy được nạp điện lần đầu tiên và tạo thành pha trung gian bền vững - một hỗn hợp mỏng các sản phẩm phân hủy, nó ngăn cách anôt rắn với chất điện ly lỏng. Pha trung gian này sẽ bảo vệ anôt trước các phản ứng phụ làm suy yếu anôt, nhờ đó cho phép ắc quy sử dụng các vật liệu anôt mong muốn như graphit hoặc liti kim loại và đạt mật độ năng lượng cao hơn.

Vấn đề mấu chốt ở đây là tạo ra loại gel thích hợp, có thể ngăn không cho nước tiếp xúc và phân hủy anôt, đồng thời gel này cũng tạo thành pha trung gian thích hợp để hỗ trợ hiệu quả cao của ắc quy.

Việc bổ sung lớp phủ gel còn làm tăng các ưu điểm về an toàn của ắc quy mới so với ắc quy ion liti khô truyền thống, đồng thời tăng mật độ năng lượng so với các loại ắc quy ion liti khác có sử dụng nước. Tất cả các loại ắc quy ion liti sử dụng chất điện ly nước hiện nay đều có ưu điểm không cháy nổ so với ắc quy khô sử dụng dung môi hữu cơ dễ cháy. Tuy nhiên, điểm độc đáo của ắc quy mới là ngay cả khi lớp pha trung gian bị hư hại (ví dụ nếu vỏ ắc quy bị đâm thủng) nó sẽ phản ứng chậm với anôt liti hoặc graphit, ngăn không tạo ra khói hoặc xảy ra cháy nổ mà thông thường sẽ xảy ra nếu ắc quy bị hư hại khiến cho kim loại tiếp xúc trực tiếp với chất điện ly.

Tuy công suất và mật độ năng lượng của ắc quy mới đã thích hợp cho các thiết bị hiện nay đang sử dụng ắc quy khô nguy hiểm, nhưng nếu được cải thiện tiếp thì khả năng cạnh tranh của ắc quy mới sẽ còn cao hơn. Đặc biệt, các nhà nghiên cứu dự định sẽ tăng số chu kỳ hoạt động với công suất cao nhất và giảm chi phí nguyên liệu.

Các nhà nghiên cứu cũng cho biết, cơ chế điện hóa đóng vai trò quan trọng đối với việc tăng điện áp của ắc quy. Đây là lần đầu tiên họ có khả năng ổn định những anôt có hoạt tính cao như graphit và liti trong môi trường nước. Điều này mở ra triển vọng áp dụng cho các lĩnh vực điện hóa khác, như ắc quy natri ion, ắc quy liti-lưu huỳnh, ắc quy kẽm và magiê, và cả các quá trình mạ điện hoặc tổng hợp điện hóa.

TN

Theo ScienceDaily, 9/2017