Ắc quy liti - không khí kiểu mới, bền nước

Về lý thuyết, ắc quy liti-không khí có công suất tích điện cao nhất trong tất cả các loại ắc quy. ắc quy này có một catôt là liti kim loại, nó phản ứng với oxy trong quá trình phóng điện và được khử trở về kim loại trong quá trình nạp điện. anôt của ắc quy là vật liệu cacbon xốp và trơ, nó giúp duy trì tương tác điện giữa oxy và chất điện ly, đồng thời lưu trữ liti ở dạng oxy hóa. Trong các ắc quy liti-không khí thông thường, dạng oxy hóa của liti là liti peroxid (Li2O2). Nhưng không may là hợp chất này thường làm bít các lỗ xốp trong điện cực cacbon, khiến cho phải sử dụng điện áp cao hơn để nạp điện cho ắc quy. Điều đó làm giảm hiệu quả năng lượng và gây ra những phản ứng phụ không mong muốn, có thể làm hỏng các thành phần của ắc quy. Một vấn đề khác là ắc quy có thể không chịu được nước cho dù ở lượng rất nhỏ, vì nước có thể dẫn đến sự hình thành LiOH - bền hơn Li2O2 nên cũng khó loại bỏ hơn. 

Trong nghiên cứu mới của mình, các nhà nghiên cứu tại Đại học Tổng hợp Cambridge (Anh) đã bổ sung liti iodua (LiI) vào chất điện ly. Trước đây, họ đã sử dụng LiI trong một số ắc quy thí nghiệm nhằm giảm quá áp của quá trình nạp điện. Nhưng lần này họ ngạc nhiên thấy rằng, khi ắc quy phóng điện điện cực graphen oxit đã chuyển màu từ trắng sang đen. Sau khi sử dụng cả phương pháp nhiễu xạ tia X và quang phổ NMR để khảo sát điện cực, các nhà nghiên cứu nhận thấy, trên thực tế sản phẩm của quá trình phóng điện là LiOH. Do vậy, họ tin rằng khi phóng điện liti đã bị oxy hóa qua quá trình điện hóa để trở thành Li2O2, tiếp theo Li2O2 đã phản ứng trong sự có mặt của LiI để tạo thành LiOH và khí oxy. Tuy các nhà nghiên cứu chưa nắm rõ vai trò của LiI trong quá trình của phản ứng tạo LiOH, nhưng rõ ràng là LiI đã có vai trò trong quá trình đó, vì sản phẩm phóng điện là LiOH mặc dù nó không được bổ sung vào. 

Điều quan trọng là LiOH đã không làm cho ắc quy ngừng hoạt động. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng trong ắc quy kiểu mới của họ LiOH có thể được loại bỏ hoàn toàn ở quá áp rất thấp là 0,2V. Như vậy họ đã tạo ra ắc quy với hiệu suất năng lượng đến 93% và bền hơn ắc quy liti-không khí thông thường, trong khi đó hiệu quả năng lượng chỉ giảm nhẹ sau 2000 chu kỳ nạp - phóng điện khi với tốc độ nạp-phóng điện thấp. 

Các nhà nghiên cứu cho biết, ắc quy mà họ chế tạo có khả năng nạp-phóng điện trong vài tháng. Họ tin rằng khi nạp điện các ion I- bị oxy hóa qua quá trình điện hóa thành I3-, nhờ đó các điện tử được giải phóng có thể khử liti qua quá trình hóa học. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cho rằng đây chỉ là những kết quả ban đầu và họ sẽ còn phải tiến hành các thí nghiệm tiếp theo để làm sáng tỏ cơ chế hoạt động của ắc quy loại mới. 

Tham khảo:

1. http://www.xedien.info/cong-nghe/ac-quy-va-ung-dung/560-c-quy-lithium-ion-lam-viec-nhu-the-nao.html

2. http://hoahocngaynay.com/vi/hoa-hoc-hien-dai/pin-nhien-lieu/1867-ac-quy-ion-liti-hieu-suat-cao-voi-anot-xop.html

3. http://automation.net.vn/Cong-nghe-Ung-dung/Quy-trinh-nap-Ac-quy-Lithium-Ion.html HS