Nhằm giải quyết tận gốc vấn đề mang tính sống còn này, các nhà khoa học trên khắp thế giới đang tìm kiếm những công nghệ mới, có thể làm giảm thiểu tác động sự nóng lên toàn cầu, giảm tiêu thụ năng lượng hay tạo điều kiện chuyển đổi sang năng lượng tái tạo.

Trong những thành tựu khoa học đạt được, một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Monash, Melbourne, Úc, đạt được một bước tiến lớn với pin lithium-lưu huỳnh hiệu quả nhất thế giới (Li - S).

Nhóm nghiên cứu do giáo sư Mahdokht Shaibani lãnh đạo, phát triển thành công pin L – S, có dung lượng cực cao, hiệu suất tốt hơn và tác động môi trường thấp hơn nhiều so với các sản phẩm pin lithium-ion hiện tại. 

Phó giáo sư Matthew Hill, tiến sĩ Mahdokht Shaibani và giáo sư Mainak Majumder, nhóm các nhà khoa học thiết kế pin lithium-lưu huỳnh. Ảnh Đại học Monash

 Nghiên cứu của nhóm khoa học được công bố trên trang Science Advances. Theo báo cáo này, thiết kế pin lấy cảm hứng từ kiến ​​trúc cầu nối độc đáo, lần đầu tiên được ghi nhận trong quá trình phát triển bột giặt những năm 1970.

Trong quá trình phát triển bột giặt, kỹ thuật này trước đây sử dụng số lượng nhỏ nhất chất kết dính mô đun cao giữa các hạt lân cận, để có được không gian cho vật chất rãn nở và khuếch tán ion. 

Nhóm nghiên cứu phát triển một phương pháp tương tự, tạo liên kết giữa các hạt phân tử để điều chỉnh ứng suất và có được độ ổn định chưa từng thấy trong bất kỳ loại pin điện nào khác từ trước đến nay. 

 

Sử dụng các vật liệu tương tự trong pin lithium-ion tiêu chuẩn, các nhà nghiên cứu đã cấu trúc lại thiết kế catốt lưu huỳnh, phù hợp với tải trọng cao mà không làm giảm công suất hoặc hiệu suất tổng thể.

Thử nghiệm nhiều hơn vào đầu năm 2020

Theo các nhà nghiên cứu, pin mới có khả năng cung cấp năng lượng cho điện thoại di động năm ngày liên tục hoặc cho phép một chiếc xe điện chạy hơn 1000 km mà không cần phải sạc lại.

Đến thời điểm này, sau những thử nghiệm thành công, các nhà nghiên cứu đại học Monash đang tiệm cấn đến vấn đề thương mại hóa pin Li-S, có thể vượt xa các sản phẩm đang thống trị trên thị trường hiện nay hơn bốn lần. Một số nhà sản xuất pin lithium lớn nhất thế giới ở Trung Quốc và châu Âu đã có sự quan tâm đặc biệt đến việc nâng cấp dây chuyền sản xuất sang cấu trúc mới. Các nhà khoa học sẽ tiến hành các thử nghiệm khai thác sử dụng trên ô tô điện và hệ thống lưu trữ năng lượng lưới điện mặt trời tại Úc đầu năm 2020.

Năng lượng sạch, độ tin cậy cao

Các nhà nghiên cứu Úc đã nhận được bằng sáng chế, chấp nhận quy trình sản xuất của phát minh, các đối tác ở Đức cũng đã chế tạo thành công các pin nguyên mẫu. 

Ông Mainak Majumder, giáo sư tại Đại học Monash và là đồng tác giả của sáng chế này cho biết, sự phát triển của pin Li - S là bước đột phá lớn đối với ngành công nghiệp Úc, do pin mới Li-S trong xe hơi và lưới điện năng lượng mặt trời sẽ chiếm một phần quan trọng trong chuỗi giá trị thương phẩm lithium có trị giá khoảng 213 tỷ USD của Úc. 

Nhóm nghiên cứu nhận được hơn 2,5 triệu USD tiền tài trợ từ những đối tác thuộc chính phủ và quốc tế để tiến hành các thử nghiệm công nghệ pin mới trên ô tô và trong lưới điện từ năm 2020.

Thật vậy, nếu chế tạo và đưa vào khai thác sử dụng thành công pin Li-S thương phẩm mới có thể làm thay đổi thị trường xe máy dân sự, cung cấp một nguồn năng lượng sạch và có độ tin cậy cao hơn hơn.

Hiện nay, trên thế giới đang có nhu cầu rất lớn và cấp bách pin hiệu suất cao, đòi hỏi then chốt là chi phí sản xuất thấp, nguồn cung cấp nguyên vật liệu dồi dào, dễ chế tạo và giảm thiểu đến tối đa tác động đến môi trường. Những nhu cầu bức thiết này khiến thiết kế pin mới hấp dẫn cho những ứng dụng quan trọng trong đời sống xã hội của toàn thế giới trong tương lai gần. 

Matthew Hill, giáo sư của trường đại học Monash và Đại học Liège, đồng tác giả công trình nghiên cứu, nhận định rằng, phương thức thiết kế pin mới không chỉ tạo lên những thông số hiệu suất làm việc cao, vòng đời khai thác sử dụng dài mà còn đáp ứng yên cầu: đơn giản và chi phí cực thấp trong sản xuất, quy trình sản xuất sử dụng nước, giảm đáng kể xả chất thải nguy hại ra môi trường.

Trong tương lai, các nhà nghiên cứu có kế hoạch phối hợp với các doanh nghiệp,  sản xuất pin lithium-lưu huỳnh trong tất cả các phương tiện sử dụng pin như: điện thoại di động, máy tính bảng, máy tính xách tay và các phương tiện cơ giới, làm thay đổi hoàn toàn phương pháp lưu trữ năng lượng tương lai.