Công nghệ pin Lithium-Ion cải tiến cho phép ô tô điện chạy xa hơn trong thời tiết lạnh thấu ruột non ruột già
Nếu bạn đang sở hữu một chiếc ô tô điện và lái xe trong thời tiết khắc nghiệt, đặc biệt là quá lạnh thì bạn sẽ cảm nhận được ngay về việc hiệu suất pin bị giảm nghiêm trọng. Điều này sẽ ảnh hưởng đến phạm vi hoạt động của xe. Dung lượng pin sẽ bị tụt giảm nhanh chóng ngay cả khi bạn không hề sử dụng hoặc có mức sử dụng hạn chế.
Trên thực tế, các mẫu xe điện của Tesla như Model 3, Model Y,... khi hoạt động trong tình trạng thời tiết lạnh tại Canada hay các vùng Bắc Cực khắc nghiệt đều gặp phải hiện trạng như vậy. Phạm vi hoạt động thực tế được hãng công bố sẽ giảm đi rất nhiều và điều đó ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng vận hành của xe.
Nắm được những điểm yếu trên, các nhà khoa học đã nổ lực cải tiến công nghệ pin trên ô tô điện như tìm cách tăng dung lượng, tăng tốc độ sạc, tăng độ bền và nâng cấp hiệu suất của pin trong điều kiện từ lạnh đến rất lạnh nhưng vẫn không cải thiện được bao nhiêu. Sau đó, các nhà khoa học nhận ra rằng, khi ở trong điều kiện thời tiết lạnh giá, cực dương của pin Lithium-Ion hoạt động chậm chạp, giảm khả năng tích điện và có mức tiêu hao năng lượng nhanh chóng.
Để cải thiện vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã thay thế cực dương được làm bằng than chì truyền thống bằng vật liệu dựa trên carbon có bề mặt gập ghềnh, giúp duy trì dung lượng lưu trữ và có thể sạc ở nhiệt độ lên tới -35ºC. Có thể nói, pin Lithium-Ion rất thích hợp để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử vì có thể sạc đi sạc lại nhiều lần và có thể lưu trữ nhiều năng lượng cũng như tuổi thọ cực kỳ cao.
Với những bất lợi trong việc sử dụng than chì cho cực dương đã khiến cho nhiều người sống ở các vùng miền Trung Tây Hoa Kỳ gặp rất nhiều rắc rối với ô tô điện của họ trong mùa đông. Quan trọng hơn nữa, điều này còn khiến cho các chiến thám hiểm không gian gặp nhiều khó khăn, rủi ro cao.
Với việc xác định nguyên nhân khiến khả năng lưu trữ và nạp năng lượng của pin Lithium-Ion bị giảm mạnh khi trời lạnh vì bề mặt phẳng của than chì trong cực dương. Các nhà khoa học đã thay đổi cấu trúc bề mặt cũng như vật liệu để cải thiện các nhược điểm không đáng có kể trên.
Để có thể tạo ra được vật liệu mới, các nhà nghiên cứu đã nung nóng khung zeolite imidazolate chứa coban (được gọi là ZIF-67) ở nhiệt độ cao. Các quả cầu nano carbon 12 mặt tạo thành có bề mặt gập ghềnh chứng tỏ khả năng truyền điện tích tuyệt vời. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã kiểm tra hiệu suất điện của vật liệu cấu tạo cực dương, với kim loại lithium làm cực âm bên trong một cục pin hình đồng xu. Cực dương cho thấy khả năng sạc và xả ổn định ở nhiệt độ từ 77 ° F đến -4 ° F (25 ° C đến -20 ° C) và duy trì 85.9% khả năng lưu trữ năng lượng ở nhiệt độ phòng lạnh dưới mức đóng băng.
Trong khi đó, pin lithium-ion được làm bằng cực dương từ carbon khác, bao gồm cả ống than chì và ống nano carbon, hầu như không bị tích điện ở nhiệt độ đóng băng. Khi các nhà nghiên cứu giảm nhiệt độ không khí xuống -31°F (-35°C), cực dương được làm bằng các hạt nano gập ghềnh vẫn có thể sạc lại được và trong quá trình phóng điện, giải phóng gần 100% lượng điện tích vào pin. Các nhà nghiên cứu cho biết, việc kết hợp vật liệu nanosphere gập ghềnh vào pin lithium-ion có thể mở ra khả năng sử dụng các nguồn năng lượng này ở nhiệt độ cực thấp.
Để có thể hoàn thành xuất sắc dự án nghiên cứu này, các nhà khoa học đã nhận được rất nhiều sự tài trợ đến từ Quỹ Nghiên cứu Cơ bản cho các trường Đại học Trung ương tại Trung Quốc, Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc, Bộ Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, Dự án Khoa học và Công nghệ tỉnh Quảng Đông, Phòng thí nghiệm Hóa học và Kỹ thuật Hóa học Quảng Đông và Đại học Giao thông Bắc Kinh.
Hiện tại, công nghệ pin mặc dù đã phát triển mạnh nhưng vẫn còn rất nhiều hạn chế khi gặp phải các vấn đề liên quan tới thời tiết. Chính vì vậy, các nhà khoa học luôn nổ lực tìm cách giải quyết các vấn đề tồn đọng đối với nguồn năng lượng này trong tương lai.
Bình luận (0)