Posts

Đột phá về công nghệ – Pin thể rắn cho khả năng sạc đầy trong 10 phút

/in /by

Các nhà nghiên cứu từ Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng John A. Paulson (SEAS) của Harvard đã phát triển một loại pin thể rắn có thể sạc và xả ít nhất 6.000 lần và có thể được sạc lại trong khoảng thời gian ngắn.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Materials mô tả một phương pháp mới để chế tạo pin thể rắn với cực dương kim loại Lithium. Ông Xin Li, Phó Giáo sư Khoa học Vật liệu tại SEAS và là tác giả chính của bài báo, cho biết “Pin cực dương kim loại Lithium được coi là “chén thánh” của pin vì chúng có công suất gấp 10 lần cực dương than chì thương mại và có thể tăng đáng kể quãng đường lái xe của xe điện. Nghiên cứu của chúng tôi là một bước quan trọng hướng tới pin thể rắn thực tế hơn cho các ứng dụng công nghiệp và thương mại”.

Pin thể rắn có thể sẽ thay thế pin Lithium trong tương lai gần. Ảnh minh họa

Một trong những thách thức lớn nhất khi thiết kế pin thể rắn là sự hình thành các sợi nhánh trên bề mặt cực dương, gây nguy cơ chập hoặc cháy pin. Các sợi nhánh này xuất hiện khi ion Lithium di chuyển qua từ cực âm sang cực dương trong quá trình sạc, tạo ra một bề mặt không đồng đều và không đồng nhất, thuận lợi cho sự hình thành sợi nhánh bén rễ.

Trước đó, nghiên cứu đã thiết kế pin nhiều lớp để ngăn chặn sự xâm nhập của sợi nhánh, nhưng không ngăn chặn chúng hoàn toàn. Tuy nhiên, nghiên cứu mới nhất này đã đạt được thành công khi ngăn chặn sự hình thành sợi nhánh bằng cách sử dụng các hạt silicon có kích thước micron ở cực dương.

Trong thiết kế này, các hạt silicon giữ vai trò quan trọng trong việc hạn chế phản ứng kết dính và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình mạ đồng nhất một lớp kim loại Lithium dày. Ông Xin Li giải thích: “Trong thiết kế của chúng tôi, kim loại Lithium được bao quanh hạt silicon, giống như lớp vỏ sô cô la cứng bao quanh lõi hạt dẻ trong kẹo sô cô la”.

Đặc biệt, nhờ vào quá trình mạ và bóc vỏ nhanh chóng trên bề mặt bằng phẳng, pin có thể sạc lại chỉ trong khoảng 10 phút. Phiên bản pin dạng túi, kích thước bằng tem bưu chính, đã được chế tạo với công nghệ này, vượt trội với việc giữ lại 80% công suất sau 6.000 chu kỳ sạc, khiến chúng trở nên ưu việt so với các pin dạng túi hiện tại trên thị trường.

Nghiên cứu này là một bước quan trọng hướng tới việc phát triển pin thể rắn thực tế hơn, có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và thương mại, đồng thời mở đường cho sự tiến bộ trong lĩnh vực pin xe điện.

Duy Trinh (T/h)
https://vietq.vn/dot-pha-ve-cong-nghe—pin-the-ran-cho-kha-nang-sac-day-trong-10-phut-d218254.html

Nghiên cứu sản xuất pin xe điện từ gỗ

/in /by

Stora Enso – một doanh nghiệp sản xuất giấy lớn tại Phần Lan đang tìm cách nghiên cứu công nghệ sản xuất pin xe điện từ gỗ.

Khoảng 8 năm về trước, Stora Enso – một doanh nghiệp sản xuất giấy lớn tại Phần Lan nhận ra rằng thế giới đang thay đổi. Sự trỗi dậy của công nghệ số khiến nhu cầu tiêu thụ giấy sụt giảm liên tục. Điều đó khiến Stora Enso, một doanh nghiệp vốn tự nhận là “một trong những công ty tư nhân sở hữu nhiều rừng nhất thế giới” – phải tính đến phương án mới. Lựa chọn của họ tương đối bất ngờ là đầu tư vào lĩnh vực pin cho xe điện.

Stora Enso chiêu mộ đội ngũ kỹ sư để nghiên cứu khả năng sử dụng lignin – một loại polymer có trong cây để thực hiện kế hoạch trên. Lignin chiếm khoảng 30% trong thành phần cây (tùy thuộc vào loại cây) trong khi cellulose chiếm phần nhiều còn lại. “Lignin là ‘keo dán’ của cây, giúp kết dính các sợi cellulose với nhau và khiến cây cứng”, ông Lauri Lehtonen, lãnh đạo Lignode – bộ phận nghiên cứu pin từ lignin của Stora Enso nói.

Là một polymer, lignin chứa carbon, nguyên tố thiết yếu trong anode của các cục pin. Anode của pin lithium sử dụng trong điện thoại chủ yếu làm từ than chì (một dạng thù hình của carbon). Các kỹ sư của Stora Enso nhận thấy họ có thể chiết xuất lignin từ bột giấy thải, sau đó biến lignin thành carbon để chế tạo anode pin. Hợp tác với một doanh nghiệp Thụy Điển, công ty mong muốn khởi động sản xuất pin từ năm 2025.

Với việc xe điện đang ngày càng được người tiêu dùng ưa thích, thị trường pin xe điện toàn cầu được cho sẽ tăng mạnh trong những năm tới. Dù vậy, quy trình làm ra pin xe điện vẫn có nguy cơ đe dọa tới môi trường. Trong bối cảnh này, nhiều nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đang tìm kiếm nguồn vật liệu chế tạo pin bền vững hơn. Một số cho rằng câu trả lời đến từ cây cối.

Về cơ bản, mọi cục pin đều cần một cathode và một anode – lần lượt là cực dương và cực âm của pin. Khi pin hoạt động, các phần tử mang điện (gọi là ion) sẽ di chuyển qua hai cực này. Khi pin được sạc, các ion lithium và natri sẽ “đi” từ cathode tới anode, nơi chúng “tạm trú” ở đó giống như cách các xe hơi được gửi ở các bãi đỗ xe nhiều tầng, bà Jill Pestana, một nhà khoa học chuyên về pin tại Mỹ cho hay.


Ảnh minh hoạ

“Đặc điểm chính mà bạn mong muốn ở vật liệu tạo nên cấu trúc ‘bãi đỗ xe’ này là việc chúng dễ dàng nhận vào và phóng ra lithium và natri, cũng như không bị vỡ vụn”, bà Pestana nói. Khi pin được sử dụng, các ion sẽ di chuyển trở lại về hướng cathode. Song song với quá trình này, electron sẽ di chuyển trên dây điện, đem tới năng lượng cho phương tiện.

Theo bà Pestana, than chì là loại vật liệu tuyệt vời. Do đó, các vật liệu thay thế (như cấu trúc carbon chế tạo từ lignin) cần phải chứng tỏ hiệu quả nếu muốn thành công. Stora Enso không phải công ty duy nhất đang tìm cách nghiên cứu tiềm năng ứng dụng của lignin vào ngành công nghiệp pin. Bright Day Graphene, công ty đến từ Thụy Điển đã sử dụng lignin để chế tạo graphene (một dụng thù hình khác của carbon).

Về phần mình, ông Lehtonen từ chối tiết lộ quy trình chi tiết để biến lignin thành cấu trúc carbon cứng. Một trong những đặc điểm quan trọng của cấu trúc carbon thu được là tính vô định hình. “Điều này thực tế giúp các ion ra vào một cách linh động hơn”, ông Lehtonen nói.

Stora Enso tuyên bố họ có thể sản xuất pin lithium hoặc natri có khả năng sạc trong 8 phút. Tốc độ sạc của pin là một trong những chỉ số chính mà các nhà cung cấp xe điện muốn cạnh tranh để thu hút người dùng. Ở bên kia Đại Tây Dương, giáo sư Wyatt Tenhaeff tại Đại học Rochester, New York cũng chế tạo thành công anode từ lignin trong phòng thí nghiệm.

Giáo sư Tenhaeff cùng các cộng sự nhận thấy khi chế tạo anode từ lignin, họ không cần phải sử dụng các vật liệu kết dính hay vật liệu thu điện. Dù vậy, ông tỏ ra nghi ngờ về khả năng vật liệu từ lignin có thể thay thế than chì về mặt thương mại. “Tôi không nghĩ rằng đây là thay đổi lớn về giá thành hay hiệu suất đủ để giúp chúng thay thế than chì”, ông nói.

Một vấn đề khác với việc sử dụng lignin là yêu cầu bảo đảm các khu rừng cung cấp gỗ được khai thác một cách bền vững. Về phần mình, Stora Enso khẳng định tỷ lệ bền vững đối với nguồn cung của họ là 100%. Ngoài anode, lignin cũng có thể được sử dụng để chế tạo chất điện phân, theo nghiên cứu của một nhóm nhà khoa học Italy công bố tháng 4/2022. Chất điện phân là chất nằm giữa cathode và anode, giúp ion có thể di chuyển giữa hai điện cực.

Giáo sư Gianmarco Griffini tại Đại học Bách khoa Milan cho biết chất điện phân có thể được sản xuất từ dầu mỏ. Dù vậy, lignin có thể trở thành vật liệu thay thế bền vững hơn. Trước khi sử dụng lignin làm chất điện phân, nhóm nghiên cứu đã thử dùng vật liệu này để chế tạo vật liệu dùng trong pin Mặt Trời. Dù vậy, hiệu quả không cao vì lignin có màu hơi nâu (khiến chúng hấp thụ một phần ánh sáng). Trong pin, điều này không là vấn đề. Nhóm nghiên cứu đã chế tạo một polymer dạng gel để làm chất điện phân cho pin kali và đã cho kết quả tốt.

Bảo Lâm
https://vietq.vn/nghien-cuu-san-xuat-pin-xe-dien-tu-go-d207550.html

Tuổi thọ của pin xe hơi điện có thể kéo dài trong bao lâu?

/in /by

Dù đã khắc phục trong chi phí sản xuất pin xe hơi điện, tuy nhiên vẫn còn một vướng mắc cần khắc phục cho loại pin này chính là tuổi thọ sử dụng.

Người dùng hầu như sẽ không thể biết được tuổi thọ của pin trong các xe ô tô điện là bao nhiêu, mà khi họ mua xe, các hãng sản xuất sẽ tuyên bố rằng pin sẽ được bảo hành nếu xảy ra sự cố. Thông thường, tuổi thọ của pin xe điện là 8 năm/100.000 dặm (khoảng 160.000km), nhưng điều này sẽ thay đổi tùy theo nhà sản xuất, điều kiện môi trường sử dụng, và cách thức người dùng sử dụng.

Chi phí sản xuất pin xe điện đang dần giảm qua từng năm. Nhiều số liệu so sánh cho thấy giá pin EV lithium-ion đã giảm khoảng 80% so với hồi năm 2010 khi loại pin này mới ra mắt. Dẫu vậy, tuổi thọ pin vẫn là vấn đề quan trọng và thực tế đang là một trong những rào cản lớn nhất của xe điện.


Tesla đi đầu trong các mẫu xe điện.

Được biết, tình trạng pin (hay còn gọi là tình trạng sức khỏe của pin (SoH) – vốn được xem là thước đo lượng pin có thể cung cấp, được bắt đầu với 100% và xuống cấp dần theo thời gian. Suy giảm tuổi thọ của pin là một quá trình tự nhiên làm giảm vĩnh viễn lượng năng lượng mà pin có thể lưu trữ hoặc cung cấp.

Nhiều nghiên cứu khác nhau đã được thực hiện trên các mẫu xe điện để kiểm nghiệm mức độ xuống cấp của hệ thống pin. Chẳng hạn, một thử nghiệm pin xe điện được tiến hành trên mẫu xe Tesla Model S di chuyển được quãng đường 1,5 triệu dặm trong khoảng thời gian 3 năm. Tình trạng sức khỏe pin (SoH) của mẫu xe này ở trạng thái 82%.

Model S ban đầu được cung cấp gói bảo hành 8 năm và không giới hạn số km, nhưng hãng xe điện đã phải giảm xuống mức 150.000 dặm/8 năm và 70% SoH vào năm 2017.

Các nhà sản xuất khác cũng có chế độ bảo hành tương tự đối với pin xe điện. Mercedes-Benz cung cấp gói bảo hành 100.000 dặm/8 năm cho pin xe điện của mình. Điều này cũng được Jaguar Land Rover thực hiện với mẫu Jaguar I-Pace.

Rất nhiều người dùng cho biết rằng, pin xe điện xuống cấp nhanh hơn trong 1 hoặc 2 năm đầu tiên. Theo Autocar, trạng thái pin xe điện có thể giảm khoảng 8% trong năm đầu tiên. Sau đó, mức giảm sẽ vào khoảng 5% mỗi năm.

Hầu hết các nhà sản xuất pin và xe điện đều cố gắng để tránh tình trạng xuống cấp nhanh của pin. Nhiều giả thiết đặt ra rằng, khi pin được sản xuất tốt thì tình trạng pin xuống cấp nhanh có thể là do hoạt động quá mức. Điều này xảy ra do việc sạc quá nhiều (làm tăng nhiệt độ pin thường xuyên) hoặc do sạc và xả tối đa quá thường xuyên.

Các chuyên gia cho biết, SoH sẽ là thước đo đối với việc kinh doanh pin xe điện trong tương lai. Mặc dù người sử dụng xe điện sẽ tập trung vào thời gian sử dụng pin từ trạng thái sạc (SoC) vì nó cho biết liệu chiếc xe có đủ điện để đi đến đích hay không, nhưng các nhà nghiên cứu cho biết, SoH mới là thước đo quan trọng thực sự về mặt kinh tế.

Nếu pin xe điện ở trạng thái 70% SoH nó có thể không còn phù hợp để sử dụng trong xe điện. Tuy vậy, các viên pin này sẽ rất hữu ích trong hệ thống lưu trữ năng lượng (BESS – battery energy storage system) trong vài năm cho đến khi đạt mức 50% SoH. Cho đến khi đó, các loại pin này không có ý nghĩa về mặt thương mại nữa.

Bảo An (t/h)
http://vietq.vn/tuoi-tho-cua-pin-xe-hoi-dien-co-the-keo-dai-trong-bao-lau-d184356.html

Ô tô điện có thể gây ô nhiễm môi trường tồi tệ hơn ô tô chạy xăng và dầu diesel

/in /by

Nhiều người cho rằng xe ô tô điện, không có ống xả, hẳn sẽ ít gây ô nhiễm không khí hơn so với xe chạy xăng tuy nhiên theo nghiên cứu mới đây cho thấy, những hạt tạo ra trong quá trình lăn bánh của xe điện ô nhiễm hơn.

Theo tin tức trên báo VnExpress, xe điện được các Chính phủ và hãng xe coi là giải pháp hữu hiệu để giảm ô nhiễm môi trường từ phương tiện giao thông. Tuy vậy, việc sản xuất, vận hành xe điện vẫn gặp luồng ý kiến trái chiều, vì những nguồn ô nhiễm khác mà loại xe này gây ra.

Pin ô tô điện nặng hơn đồng nghĩa với việc ô nhiễm hạt nhiều hơn

Tuy nhiên, một nghiên cứu gây tranh cãi năm 2016 cho biết ô nhiễm dạng hạt từ ô tô điện có thể còn tồi tệ hơn. Do trọng lượng của pin, ô tô điện nặng hơn khoảng 200 – 300 kg so với các ô tô có kích thước tương tự sử dụng nhiên liệu làm từ dầu. Nặng hơn đồng nghĩa với ô nhiễm hạt nhiều hơn từ sự hao mòn phanh, lốp và mặt đường.

Những nghiên cứu mới đây của các nhà khoa học Anh chỉ ra rằng, ô tô điện có thể gây ra ô nhiễm với hàng ngàn tấn chất thải pin chưa được xử lý, có khả năng làm rò rỉ các hóa chất nguy hiểm vào môi trường.

Số lượng pin xe điện bị loại bỏ đang tạo ra một núi rác thải khổng lồ. Việc này có thể gây ra cuộc khủng hoảng ô nhiễm môi trường trong tương lai.

Chính vì vậy, trong một báo cáo mới đây, các nhà khoa học của Đại học Birmingham đã kêu gọi chính phủ các nước phải “hành động ngay để phát triển một kế hoạch tái chế mạnh mẽ, có thể đáp ứng nhu cầu trong tương lai”.

Các nhà nghiên cứu nhận định nếu không đẩy mạnh phát triển công nghệ tái chế thì hàng triệu chiếc xe điện được bán trong năm 2017 sẽ tạo ra 250.000 tấn chất thải pin chưa được xử lý trong suốt tuổi đời của chúng.


Ô tô điện vẫn có thể gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Ảnh: Autoexpress

Thời gian phanh trên ô tô điện lâu hơn nên việc thải ra nhiều ô nhiễm dạng hạt hơn

Một phân tích mới của Đại học Birmingham (Anh), gợi ý rằng phanh tái sinh, dùng động cơ điện làm giảm tốc độ của ô tô, sẽ khiến xe điện ít gây ô nhiễm hơn ở các khu vực thành thị.

Nghiên cứu ở Los Angeles cho thấy thời gian phanh trên ô tô điện được sử dụng chỉ bằng 1/8 lần so với phanh trên xe chạy nhiên liệu hoá thạch. Tuy nhiên, trọng lượng trội hơn của xe điện đồng nghĩa với việc chúng có xu hướng thải ra nhiều ô nhiễm dạng hạt hơn trên đường cao tốc.

Đâu là giải pháp?

Theo thông tin từ VietNamnet, các nhà nghiên cứu cho biết, việc tái chế pin xe điện không hề đơn giản vì có sự đa dạng về hóa học, hình dạng và thiết kế của pin lithium-ion. Để tái chế một cách hiệu quả, số pin này phải được tháo rời và phải phân tách được các dòng chất thải trong các bộ phận cấu thành của chúng. Giống như lithium, pin cũng chứa một số kim loại có giá trị khác như coban, niken và mangan. Những kim loại này có thể được tái sử dụng.

Các nhà nghiên cứu cho biết, đến năm 2040, nước Anh có thể có 8 nhà máy Gigafactory, tương tự như nhà máy Tesla được thấy ở đây, để sản xuất và tái chế pin xe điện.

Trong khi đó, Viện Faraday – viện nghiên cứu lưu trữ năng lượng điện hóa của Anh – cho biết, nhu cầu về pin xe điện có thể là cơ hội cho nước Anh. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng vào năm 2040, nước Anh có thể cần phải xây dựng 8 nhà máy Gigafactory (nơi sản xuất pin và động cơ xe điện) để phục vụ nhu cầu về pin xe điện.

Tiến sĩ Harper cũng cho hay nước Anh sẽ cần phát triển các nguồn cung cấp cho những vật liệu cần thiết cho các loại pin này và vật liệu tái chế có thể đóng vai trò quan trọng.

Còn Giáo sư Andrew Abbott, Đại học Leicester, thông tin nếu điện khí hóa chỉ 2% của đội xe ô tô toàn cầu hiện nay thì số lượng xe điện trên thế giới sẽ đạt 140 triệu chiếc.

Theo Giáo sư Abbott, việc tái chế pin sẽ làm giảm đáng kể gánh nặng cho các bãi rác và giúp đảm bảo việc cung cấp nguyên liệu quan trọng cần thiết cho sản xuất pin trong tương lai.

Các nhà nghiên cứu cũng đề nghị phát triển các phương pháp sửa chữa và tái chế nhanh chóng, đặc biệt là việc lưu trữ pin điện quy mô lớn có khả năng không an toàn.

Giáo sư Paul Christensen, Đại học Newcastle, đang hợp tác với ngành dịch vụ cứu hỏa và cứu hộ của Anh để phát triển các biện pháp đối phó với các vụ cháy pin lithium-ion. Giáo sư Christensen nói: “Những pin này chứa lượng điện năng lớn và hiện chúng tôi vẫn chưa có phương án xử lý khi chúng được sử dụng hết”.

“Một trong những lĩnh vực nghiên cứu ở dự án này là xem xét tự động hóa và làm thế nào để có thể tháo dỡ pin một cách an toàn, hiệu quả và thu hồi các vật liệu có giá trị như lithium và coban. Song cũng cần tính đến vấn đề an toàn công cộng khi pin EV đời thứ 2 trở nên phổ biến hơn. Chúng ta cần nhanh chóng có cái nhìn thấu đáo về toàn bộ vòng đời của pin – từ việc đào các vật liệu lên khỏi mặt đất cho đến việc xử lý chúng một lần nữa ở khâu cuối cùng”, Giáo sư Christensen cho biết.

An Dương (T/h)
http://vietq.vn/o-to-dien-co-the-tao-ra-cac-hat-lam-o-nhiem-moi-truong-hon-o-to-chay-xang-va-dau-diesel-d183385.html

Pin mới siêu bền giúp xe điện chạy đến 1,6 triệu km

/in /by

Công ty Contemporary Amperex Technology Co Ltd (CATL) khẳng định pin mới của họ có khả năng duy trì một quãng đường sử dụng lên tới 1,24 triệu dặm tương đương hơn 1,6 triệu km.

Các pin xe điện (EV) hiện nay có tuổi thọ khoảng 200.000 dặm, do vậy việc tạo ra một loại pin có tuổi thọ lên tới 1,24 triệu dặm là một bước nhảy lớn và có vẻ tốt quá đến mức khó tin.

Để làm được điều này, CEO Elon Musk của Tesla đã yêu cầu nhóm nghiên cứu thay đổi thành phần hóa học trong mẫu pin thế hệ mới. Loại bỏ thành phần coban đắt đỏ trong các loại pin EV và sử dụng các chất phụ gia hóa học, vật liệu phủ bề mặt giúp pin giảm năng lượng tiêu thụ. Điều này cho phép pin lưu trữ nhiều năng lượng hơn trong thời gian dài hơn.


Các trạm sạc cho xe điện của Tesla ở Los Angeles

Giám đốc điều hành của Tesla đã quyết định lắp đặt loại pin mới đã kiểm định này vào trong dòng xe Tesla Model 3 trong tương lai, mẫu xe sẽ được chế tạo tại nhà máy Thượng Hải của công ty. Tesla trước đây dựa vào nguồn cung ứng pin từ các đối tác là Panasonic và LG, nhưng có vẻ tình thế đã thay đổi. Zeng cũng tuyên bố CATL đã sẵn sàng sản xuất pin mới ngay khi các đối tác cần và chúng sẽ có giá chỉ cao hơn 10% so với các loại pin hiện có trên thị trường.

Ngoài ra, Tesla cũng có kế hoạch thực hiện các quy trình sản xuất pin tự động mạnh mẽ, tốc độ cao mới được thiết kế để giảm chi phí lao động và tăng sản lượng trong các nhà máy có diện tích gấp 30 lần so với các nhà máy Tesla Gigafactory hiện tại. Đây là chiến lược được báo cáo vào cuối tháng 4 của Elon Musk.

Bên cạnh việc trang bị pin đạt tiêu chuẩn mới trên các mẫu xe điện Tesla Model 3 được sản xuất tại Trung Quốc, hãng xe điện này sẽ cung cấp pin mới ở nhiều thị trường khác nhau trên toàn cầu, trong đó có Bắc Mỹ.

Lê Chính (t/h)
http://vietq.vn/pin-moi-sieu-ben-giup-xe-dien-chay-den-16-trieu-km-d175006.html