Những lo ngại về sự khan hiếm, giá cao và tính an toàn liên quan đến việc sử dụng lâu dài pin lithium-ion đã khiến một nhóm các nhà nghiên cứu từ Viện Bách khoa Rensselaer đề xuất một giải pháp thay thế lưu trữ năng lượng xanh hơn, hiệu quả hơn và ít tốn kém hơn.
>> Tham khảo: Giữ điện giá cả phải chăng trên đường cao tốc sạc không dây.
Trong nghiên cứu được công bố gần đây trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS), tác giả tương ứng Nikhil Koratkar, Giáo sư Kỹ thuật John A. Clark và Edward T. Crossan tại Rensselaer, và nhóm của ông, khẳng định rằng các ion canxi có thể được sử dụng như một thay thế cho lithium-ion trong pin vì sự phong phú và chi phí thấp.
Tiến sĩ Koratkar cho biết: “Phần lớn các sản phẩm pin sạc đều dựa trên công nghệ lithium-ion, đây là tiêu chuẩn vàng về hiệu suất. “Tuy nhiên, gót chân Achilles đối với công nghệ lithium-ion là chi phí.
Lithium là nguồn tài nguyên hạn chế trên hành tinh và giá của nó đã tăng mạnh trong những năm gần đây. Chúng tôi đang nghiên cứu một loại hóa chất pin rẻ tiền, phong phú, an toàn và bền vững. sử dụng các ion canxi trong dung dịch nước, chất điện phân gốc nước.”
>> Tham khảo: Kỹ thuật mang tính cách mạng để tạo ra hydro hiệu quả hơn từ nước.
Mặc dù kích thước lớn hơn và mật độ điện tích cao hơn của các ion canxi so với lithium làm suy yếu động học khuếch tán và tính ổn định theo chu kỳ, Tiến sĩ Koratkar và nhóm của ông đưa ra các cấu trúc oxit chứa các khoảng trống lớn (kênh lục giác và lục giác) như một giải pháp triển vọng.
Trong nghiên cứu của họ, một loại pin canxi-ion dạng nước được chứng minh bằng cách sử dụng các đa hình trực thoi và lượng giác của oxit molybdenum vanadi (MoVO) làm vật chủ cho các ion canxi.
Tiến sĩ Koratkar giải thích: “Ion canxi có hóa trị hai và do đó, một lần chèn ion sẽ cung cấp hai electron cho mỗi ion trong quá trình hoạt động của pin. “Điều này cho phép tạo ra một loại pin hiệu quả cao với khối lượng và thể tích ion canxi giảm.
Tuy nhiên, điện tích ion cao hơn và kích thước lớn hơn của các ion canxi so với lithium khiến việc đưa các ion canxi vào các điện cực của pin trở nên rất khó khăn.
>> Tham khảo: Các nghiên cứu về Bãi biển Waikiki cho thấy các động cơ phức tạp làm thay đổi đường bờ biển.
Chúng tôi đã khắc phục vấn đề này bằng cách phát triển một loại vật liệu đặc biệt gọi là oxit molybdenum vanadi có chứa các kênh hoặc đường hầm hình lục giác và hình lục giác lớn chạy xuyên qua vật liệu.”
Nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng các ion canxi có thể được đưa vào và chiết xuất nhanh chóng từ vật liệu, với những đường hầm này đóng vai trò là “ống dẫn” để vận chuyển ion nhanh và thuận nghịch, đồng thời các phát hiện chỉ ra rằng MoVO cung cấp một trong những hiệu suất tốt nhất được báo cáo cho đến nay đối với việc lưu trữ canxi. ion.
Tiến sĩ Koratkar giải thích: “Pin canxi-ion một ngày nào đó, trong tương lai không xa, có thể thay thế công nghệ lithium-ion như một lựa chọn hóa học về pin cung cấp năng lượng cho xã hội của chúng ta”.
“Công việc này có thể dẫn đến một loại pin canxi hiệu suất cao mới sử dụng các vật liệu dồi dào và an toàn trên Trái đất, do đó có giá cả phải chăng và bền vững.
>> Tham khảo: Một chủng mới của loại lợi khuẩn có thể giúp ích cho các vấn đề về đường ruột của trẻ sơ sinh.
Những loại pin như vậy có thể được sử dụng rộng rãi trong thiết bị điện tử tiêu dùng và di động, xe điện cũng như lưới điện và lưu trữ năng lượng tái tạo.”
