Khoa Học Kỹ Thuật: Cuộc tìm kiếm loại pin tốt hơn

Hoàng Thuyên tóm lược
Theo Tạp chí The Week - DienDanCTM

Pin tốt nhất hiện nay là loại gì ?

Loại pin tốt nhất hiện nay là loại pin lithium-ion (Li-Ion) đang được sử dụng trong các máy laptop, smartphone, các vật dụng điện tử di động khác. Pin Li-Ion được dùng trên thị trường từ năm 1991 và hiện nay có hơn 1.8 tỷ cục pin này đang được sử dụng. Khả năng của pin Li-Ion đã giúp có nhiều thăng tiến vượt trội trong lãnh vực kỹ thuật số (digital technology), thí dụ như: nạp điện lại trong vòng vài tiếng, giúp các thiết bị di động chạy nhiều ngày, pin nhỏ gọn. Tuy nhiên pin Li-Ion sản xuất năng lượng quá ít ỏi để cung cấp năng lực cho các cỗ máy lớn và pin hết hạn trong khoảng 3 năm. Trong khi một cục pin nhỏ đủ sức để chạy một smartphone thì xe hơi, máy bay lại cần những giàn pin to lớn hơn. Giàn pin lớn như thế lại tiết ra nhiều nhiệt và dễ bốc cháy, như vụ cháy vừa rồi của máy bay Boeing 787 Dreamliner vào đầu năm nay. Giới kỹ sư tin rằng khả năng của loại pin Li-Ion đã đụng trần rồi, không thể nào gia tăng thêm nữa. Cần phải tìm kiếm một loại pin mới khác tốt hơn.

Người ta cần loại pin mới có khả năng gì ?

Loại pin mới cần nạp điện lại lẹ hơn, chứa nhiều năng lượng hơn, và chạy lâu hơn trước khi hết điện. Giới hạn của công nghệ về pin thấy rõ nhất trong xe hơi chạy bằng điện (electric car). Chạy được có hơn trăm cây số là đã hết pin, và nạp điện lại mất ít nhất 4 tiếng đồng hồ và pin thì rất là mắc tiền. Báo cáo năm 2010 của Bộ Năng Lượng Hoa Kỳ cho rằng những yếu tố nói trên chính là lý do khiến xe hơi chạy bằng điện không được phổ thông.  Nhưng nếu công nghệ pin đạt được tiến bộ vượt bực thì không những nó sẽ giúp cho ngành xe hơi chạy bằng điện mà còn giúp ngành năng lượng bền vững (sustainable energy) vượt qua mặt nhiên liệu than/dầu và nguyên tử bằng cách trữ năng lượng đến từ gió và mặt trời. Nếu có một loại pin mới như thế thì làm sẽ thay đổi cục diện của thế giới.

Những loại pin nào mang lại hứa hẹn ?

Theo ông Seth Fletcher, một chuyên viên về công nghệ lithium, thì loại pin Lithium và không khí mang lại nhiều hứa hẹn nhất. Pin Li-Ion thông thường có hai cực điện bằng carbon và hợp chất lithium. Trong khi đó loại pin Lithium-không khí thì dùng oxygen trong không khí như một cực điện thay cho carbon. Trong không khí thì có đầy oxygen cho nên sẽ cung cấp nhiều năng lượng hơn cho pin. Tuy nhiên còn nhiều trở ngại cho loại pin này. Một trở ngại lớn là lithium phản ứng dữ dội với hơi nước vốn có trong không khí. IBM là một công ty đang nghiên cứu về loại pin này, nhưng vẫn còn trong giai đoạn phôi thai.

Các nhà nghiên cứu khác thì đang thử nghiệm các vật liệu khác thay cho lithium, như magnesium chẳng hạn. Magnesium chứa nhiều điện tử (electrons) phản ứng hơn là lithium, nghĩa là nó có thể chứa nhiều năng lượng hơn. Tuy nhiên rất khó để làm cho magnesium “nhả” ra electrons bên trong cục pin. Hồi năm ngoái Toyota cho biết là họ thử nghiệm khả quan với loại pin magnesium-thiếc nhưng cũng chỉ ở giai đoạn phôi thai và còn cả chục năm mới mong có được ứng dụng vào kỹ nghệ. Zpower là một công ty tại California đang nghiên cứu một loại pin dùng bạc và kẽm nhưng điện áp không bằng loại pin Li-Ion cùng cỡ.

Các loại pin mới này chưa loại nào cho thấy triễn vọng vượt trội hơn hết. Trong cuộc chạy đua này chưa biết kỹ thuật pin mới nào sẽ thắng thế.

Chính quyền Hoa Kỳ có hỗ trợ cho việc nghiên cứu pin mới không ?

Có nỗ lực. Trong nhiệm kỳ đầu của tổng thống Obama, chính quyền Hoa Kỳ đầu tư 2.4 tỷ đô la vào 29 công ty nghiên cứu về pin cho xe hơi chạy bằng điện. Tuy nhiên nhiều công ty gặp khó khăn tài chánh vì không đạt được nhiều tiến triển có thể áp dụng vào thị trường. Một số công ty phải khai phá sản. Tuy thế Bộ Năng Lượng không nãn lòng và đầu tư thêm 120 triệu đô la hồi năm ngoái vào Join Center for Energy Storage Research (Trung Tâm Hợp Tác Nghiên Cứu về Năng Lượng Tích Lũy) bao gồm 5 viện nghiên cứu quốc gia, 5 đại học, và 4 công ty tư nhân để đẩy mạnh công nghệ pin tại Hoa Kỳ. Ông Steven Chu, Bộ trưởng Bộ Năng Lượng, tuyên bố mục tiêu của trung tâm sẽ chế tạo ra loại pin mới với 5 lần sức chứa và rẻ gấp 5 lần trong vòng 5 năm. Tuy thế một số quan sát viên không tin rằng mục tiêu này đạt nổi.

Mong đợi 5 năm nữa có thực tế không ?

Lịch sử đã chứng minh là điều mong đợi này không thực tế. Những tiến bộ trong công nghệ pin thường là tiến bộ nhỏ chứ không nhảy vọt. Từ khi nhà khoa học người Pháp là ông Gaston Plante phát minh ra loại pin nạp điện lại được cách đây 154 năm thì hiệu suất của pin cho đến nay chỉ tăng có 8 lần. Tuy nhiên các nhà nghiên cứu có thể xem lời của ông Thomas Edison, người tìm ra loại pin nickel-sắt vào năm 1901, làm điều an ủi. Ông Edison nói rằng “Tôi không nghĩ thiên nhiên tàn nhẫn đến nổi giấu kín bí mật của một loại pin tốt, nếu chúng ta sốt sắng đi tìm.”

Hoàng Thuyên tóm lược

Nguồn: Tạp chí The Week, số 10 tháng 5, 2013