Theo báo cáo từ các phương tiện truyền thông quốc tế, một nhóm nghiên cứu quốc tế do các nhà hóa học từ Đại học Glasgow của Anh và các chuyên gia thử nghiệm pin từ Viện Helmholtz Ulm của Đức dẫn dắt đã có những đột phá trong lĩnh vực khoa học vật liệu, áp dụng một loại vật liệu làm từ crôm và selenium trong pin ion kali, có thể giúp phát triển thế hệ pin kinh tế mới.
Đột phá pin ion kali (Nguồn ảnh: Đại học Glasgow)
Phát hiện này đã đưa pin ion kali trở thành một sự thay thế khả thi cho hệ thống lithium-ion, bởi vì kali có trữ lượng phong phú và có nhiều đặc tính vật liệu có lợi như sạc nhanh. Các chuyên gia cho rằng, trong tương lai, loại pin này có thể có giá thấp hơn pin lithium-ion và dễ sản xuất hơn, mở ra nhiều ứng dụng khác nhau bao gồm lưu trữ điện năng từ nguồn năng lượng tái tạo.
Tiến sĩ Alexey Ganin từ Khoa Hóa học của Đại học Glasgow là tác giả chính của nghiên cứu này và cũng là người đứng đầu nhóm Glasgow ElectroChemistry on Solids (GECOS). Ông cho biết: “Trong những năm qua, pin lithium-ion đã được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị như smartphone và xe điện, nhờ vào hiệu suất xuất sắc của chúng. Tuy nhiên, lithium là một nguyên tố có trữ lượng tương đối hiếm, do đó có tầm quan trọng chiến lược cao. Ngược lại, kali là một vật liệu có trữ lượng phong phú hơn và pin ion kali có tiềm năng lớn, có khả năng trở thành một giải pháp thay thế để lưu trữ và truyền tải lượng điện lớn. Trong tương lai, việc sử dụng pin ion kali cho lưu trữ cố định có thể giúp giải phóng nguồn lithium, để nó được sử dụng nhiều hơn cho các ứng dụng di động tiêu tốn năng lượng cao.”
Hiện nay, một số thiết kế pin ion kali hiệu suất cao nhất sử dụng catot làm từ vật liệu “Prussian White”. Tuy nhiên, thiết kế này khá phức tạp vì cần phải trộn Prussian White với carbon để cải thiện tính dẫn điện, nhằm đạt hiệu quả tối ưu.
Theo một bài báo được công bố trên tạp chí Materials Chemistry A, các nhà nghiên cứu đã trình bày cách mà catot crôm-selenium tự nhiên dẫn điện này có thể đạt hiệu suất cao với hàm lượng carbon chưa đến 10%. Dung lượng của mẫu pin này đã đạt tới 125mAh mỗi mg, gần sát với dung lượng lý thuyết tối đa là 127mAh mỗi mAh.
Vật liệu crôm-selenium này có cấu trúc nhiều lớp, cho phép động kali di chuyển dễ dàng giữa các lớp trong quá trình sạc và xả. Do đó, ngay cả khi thực hiện các thao tác sạc và xả nhanh trong môi trường phòng thí nghiệm, pin vẫn có thể duy trì 85% dung lượng.
Nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục nghiên cứu để xác định một loại điện phân, nhằm nâng cao hiệu suất pin trong quá trình cải tiến thiết kế pin trong tương lai.
Tiến sĩ Ganin bổ sung: “Các nghiên cứu như thế này rất có tiềm năng phát triển, nhưng chúng tôi tin rằng, việc sử dụng điện phân phù hợp có thể nâng cao hơn nữa hiệu suất của pin. Mặc dù trên thị trường có sẵn điện phân cho pin lithium-ion, nhưng để tối ưu hóa hiệu suất của điện phân cho pin ion kali, chúng tôi vẫn cần nghiên cứu thêm. Chúng tôi rất mong muốn hợp tác với các chuyên gia từ lĩnh vực robot để giúp chúng tôi thử nghiệm hàng ngàn loại kết hợp hóa học, nhằm tìm ra vật liệu tốt nhất cho pin của chúng tôi.”