Vì sao pin canxi chưa thể thay lithium trên smartphone?

[june04]

Trong suốt nhiều thập kỷ qua, công nghệ pin đã trở thành một yếu tố cản trở sự phát triển của nhiều lĩnh vực, đặc biệt là xe điện.

Ra đời từ những năm 1960, pin lithium-ion vẫn giữ nguyên nguyên lý hoạt động cơ bản. Nhưng với sự gia tăng sử dụng xe điện, cùng những tiến bộ trong khoa học vật liệu, chúng ta đang đứng trước cơ hội lớn để cải thiện công nghệ pin. Một trong những giải pháp được kỳ vọng thay thế pin lithium-ion đã được đưa ra chính là ion canxi.

Pin là thiết bị lưu trữ năng lượng thông qua quá trình điện hóa, bao gồm ba thành phần chính: cực dương, cực âm và chất điện giải. Nguyên lý hoạt động của pin dựa trên sự di chuyển của các hạt mang điện giữa các cực. Mặc dù pin lithium-ion có nhiều ưu điểm như mật độ năng lượng cao và thời gian sạc nhanh, nó cũng tồn tại nhiều nhược điểm, bao gồm nguy cơ cháy nổ và yêu cầu về nhiệt độ hoạt động hẹp.

Nhiều điểm mạnh, pin canxi vẫn gặp một số hạn chế
Với nguyên liệu chính là canxi, một khoáng chất phong phú và an toàn cho môi trường, pin ion canxi hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích. Canxi có độ dẫn điện cao và mật độ năng lượng lý thuyết vượt trội hơn so với pin lithium-ion. Tuy nhiên, một trong những thách thức lớn nhất hiện nay là chất điện phân gốc canxi, vốn gặp phải hiện tượng hòa tan điện cực làm giảm dung lượng pin sau mỗi chu kỳ sạc-xả.

Mới đây, một nhóm nghiên cứu từ Đại học Khoa học và Công nghệ Hồng Kông đã phát triển thành công chất điện phân canxi bán rắn nhằm cải thiện khả năng vận chuyển ion và giảm thiểu sự hao mòn. Kết quả cho thấy pin có thể duy trì 74% dung lượng sau 1.000 chu kỳ sạc-xả.

Bất chấp những lợi ích này, pin ion canxi vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua trước khi chúng có thể được áp dụng rộng rãi trong các thiết bị như smartphone. Kích thước lớn hơn của ion canxi so với ion lithium làm cho việc sạc nhanh trở nên khó khăn hơn, trong khi cơ sở hạ tầng cần thiết để sản xuất pin canxi vẫn chưa được phát triển.

Trong quá trình chờ đợi những tiến bộ tiếp theo đối với pin canxi, người dùng có thể tìm đến các sản phẩm hiện có đi kèm pin silicon-carbon nếu muốn đáp ứng nhu cầu sử dụng lâu dài. Mặc dù vậy, pin silicon-carbon mới chỉ xuất hiện trên các sản phẩm thương hiệu Trung Quốc, trong khi các ông lớn như Apple hay Samsung vẫn tiếp tục gắn bó với pin lithium-ion.