Các nhà nghiên cứu tại MIT cho biết họ đã tạo ra một vật liệu mới mở đường cho việc sạc pin nhanh hơn.
Nhu cầu ngày càng tăng đối với các thiết bị lưu trữ năng lượng điện hóa được cải thiện—nghĩa là pin—bắt nguồn từ nhiều loại công nghệ. Điều đó bao gồm xe điện , hệ thống dự phòng điện thành phố yêu cầu nguồn điện liên tục trong thời gian mất điện tạm thời và nhiều ứng dụng khác trong lĩnh vực nông nghiệp, y sinh và quốc phòng.
Pin hiệu quả hơn sẽ góp phần làm tăng nhu cầu về một tương lai xanh hơn, bền vững hơn.
Nhưng công nghệ pin tiên tiến nhất cũng có một vài nhược điểm. Một là khoảng thời gian cần thiết để sạc lại pin. Một thách thức khác, như đã lưu ý trong một báo cáo của các nhà nghiên cứu MIT trên tạp chí Joule , là thiết kế pin kết hợp khả năng sạc cao với "tuổi thọ chu kỳ dài của tụ điện".
Họ giải thích rằng tế bào lithium-ion (LIC) là thiết bị lưu trữ năng lượng điện hóa hàng đầu được sử dụng ngày nay. Chúng tự hào về khả năng sạc cao nhưng lại thiếu thời gian sạc.
Thay vào đó, các thiết kế kết hợp các vật liệu hữu cơ phong phú, rẻ tiền đã được đề xuất. Nhưng người ta phát hiện ra rằng chúng bị suy giảm tính dẫn điện . Các phương pháp khác sử dụng thiết kế mô-đun kết hợp LIC và tụ điện trong các thiết bị cụ thể tỏ ra quá phức tạp và tốn kém.
Theo Tianyang Chen, sinh viên tốt nghiệp MIT, tác giả của báo cáo Joule , những vấn đề đó "tạo ra động lực mạnh mẽ để phát triển các vật liệu điện cực kết hợp khả năng sạc cao của LIC với khả năng sạc nhanh và tuổi thọ chu kỳ dài của tụ điện."
Chen và nhóm của ông đã nghĩ ra một sự kết hợp của các vật liệu hữu cơ có thể được sử dụng trong catốt của pin, nơi lithium được lưu trữ trong pin đã xả.
Những người khác cố gắng sử dụng vật liệu hữu cơ đã thất bại vì chúng hòa tan trong chất điện phân của pin.
Chen cho biết: “ Mặc dù các chiến lược như trùng hợp và kết hợp các phân tử hữu cơ với các chất phụ gia không hòa tan có thể hạn chế sự hòa tan của điện cực, nhưng việc thiết kế các vật liệu hữu cơ không hòa tan nhưng vẫn cho phép vận chuyển và lưu trữ điện tích nhanh chóng là rất khó”.
Nhưng các vật liệu được tạo ra trong các phòng thí nghiệm của MIT vẫn ổn định, Chen nói.
Ông nói: “Chúng tôi báo cáo bis-tetraaminobenzoquinone và polyme tương tự polyme của nó (bis-tetraaminobenzoquinone) là vật liệu hữu cơ giả điện dung” cho các thiết bị lưu trữ năng lượng điện. Chúng "thể hiện khả năng lưu trữ điện tích cao với tốc độ phóng điện cao."
Các vật liệu hữu cơ có khả năng lưu trữ 310 milliampere giờ sạc, gần gấp đôi công suất của catốt pin lithium-ion hiện tại.
Thời gian sạc pin với những vật liệu đó là 33 giây nhanh chóng.
Ông cho biết , việc dựa vào các ion magie hoặc natri dồi dào , thay vì lithium ít sẵn có hơn, sẽ tạo ra kết quả tối ưu với chi phí thấp hơn.
