Coban thường đóng vai trò là một thành phần quan trọng của pin lithium nhưng tương đối hiếm và đắt đỏ, chưa kể còn gây ra nhiều tác động tiêu cực đối với môi trường lẫn sức khỏe nhân công khai thác.
Ảnh minh họa.
Một thiết kế pin mới do Đại học Texas tại Austin phát triển hứa hẹn có thể giúp giải quyết những vấn đề trên khi hoàn toàn không sử dụng coban nhưng vẫn cho hiệu suất ngang ngửa với loại pin truyền thống.
Nhờ khả năng dẫn điện tốt cùng độ bền tuyệt vời trong suốt chu kỳ sạc, coban từ lâu đã đóng vai trò là nguyên liệu chính để làm thành cathode (cực âm) của pin lithium. Tuy nhiên, hoạt động khai thác coban đang dần bị cấm trước những lo ngại về tình trạng phơi nhiễm với độc tố kim loại nặng của nhân công, bên cạnh nguy cơ hủy hoại cảnh quan tự nhiên và nguồn nước. Vì vậy, việc tìm kiếm nguồn vật liệu hoặc sáng tạo giải pháp thay thế đang là nhiệm vụ hết sức được quan tâm. Trong số các nỗ lực, có thể kể tới loại pin hiện đang được IBM thử nghiệm, sử dụng vật liệu có nguồn gốc từ nước muối.
Nhóm nghiên cứu tại Austin đang tìm cách đưa vào cuộc đua một ứng viên nữa: loại pin mới có cathode không hề sử dụng coban. Nhìn chung, cathode thường được làm từ hỗn hợp bao gồm các ion kim loại coban, niken và nhôm. Trong đó, coban chính là thành phần đắt đỏ nhất, có thể chiếm tới một nửa (hoặc hơn) chi phí vật liệu để sản xuất pin. “Chúng tôi đang tìm cách loại bỏ nó hoàn toàn,” tác giả Arumugam Manthiram, thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết.
Hỗn hợp không coban được dùng làm loại cathode pin mới.
Manthiram và các cộng sự đã đạt được điều này nhờ điều chỉnh công thức để tạo ra một loại cathode làm bằng 89% niken, còn lại là mangan và nhôm. Chìa khóa ở đây là cần phân bố đều các ion kim loại trên cathode trong quá trình tổng hợp, nhằm khắc phục những thiếu sót thường gặp trên nhiều thiết kế khác, đáng kể nhất là hiện tượng tập trung ion ở một vài nơi, khiến hiệu suất của pin sụt giảm.
Bên cạnh hiệu quả khắc phục lỗ hổng “nghiêm trọng” này, loại pin mới còn có rất nhiều lợi thế khác. Cụ thể, hàm lượng niken cao cho phép mật độ lưu trữ năng lượng tốt hơn, giúp xe điện đi được quãng đường xa hơn, hay các thiết bị sử dụng pin sẽ hoạt động lâu hơn sau mỗi lần sạc.
Nhóm hiện đã tham gia thành lập một startup để thương mại hóa công nghệ này. “Chúng tôi đang nỗ lực cải thiện mật độ lưu trữ năng lượng và giảm thiểu chi phí nhưng không phải hy sinh tuổi thọ pin,” Manthiram nói.
Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Advanced Materials.
