Các nhà nghiên cứu Nhật Bản phát triển pin không khí ở trạng thái rắn
Nhóm nghiên cứu của Đại học Yamanashi và Đại học Waseda ở Nhật Bản đã phát triển một loại pin không khí hoàn toàn ở trạng thái rắn sử dụng màng trao đổi proton làm chất điện phân và một chất hữu cơ có hoạt tính oxi hóa khử làm điện cực âm. Loại pin này có thể được sạc và xả nhiều lần, nhẹ và an toàn, đồng thời cũng có thể được sử dụng ở trạng thái uốn cong. Nó dự kiến sẽ được sử dụng trong các thiết bị điện tử cầm tay.
Theo một thông cáo do Đại học Yamanashi và Đại học Waseda đồng phát hành gần đây, pin không khí thông thường thường bao gồm oxy trong không khí làm vật liệu hoạt động điện cực dương, lithium và các kim loại khác làm vật liệu hoạt động điện cực âm và chất điện phân nước. Về mặt lý thuyết, pin không khí có mật độ năng lượng cao hơn vì không cần lưu trữ các vật liệu hoạt động tích cực bên trong pin. Tuy nhiên, pin không khí hiện tại chủ yếu sử dụng dung dịch điện phân, có thể gây ra các vấn đề về an toàn như rò rỉ chất điện phân. Ngoài ra, kim loại được sử dụng làm cực dương dễ bị suy giảm hiệu suất dưới tác động của oxy và độ ẩm trong môi trường.
Để giải quyết các vấn đề trên, các nhà nghiên cứu của hai trường đại học đã hợp tác thử sử dụng hợp chất hữu cơ 2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone có hoạt tính oxi hóa khử và polyme của hợp chất làm vật liệu hoạt động điện cực âm của pin, màng trao đổi proton được sử dụng làm chất điện phân, điện cực khuếch tán khí có chứa chất xúc tác bạch kim được sử dụng làm điện cực dương và chất hoạt tính là oxy, để tạo thành pin không khí hoàn toàn rắn.
Thông qua phép đo dòng điện và điện thế, các nhà nghiên cứu đã xác nhận phản ứng và khả năng đảo ngược của nó đối với điện cực âm của pin, đồng thời đánh giá tốc độ xả và hiệu suất chu kỳ sạc-xả của pin. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng các hợp chất hữu cơ có hoạt tính oxi hóa khử làm cực dương của pin không khí là một ý tưởng khả thi. So với việc sử dụng 2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone làm điện cực âm của pin, việc sử dụng polymer của hợp chất làm điện cực âm có thể cải thiện đáng kể khả năng xả của pin. Ở tốc độ xả 15C, chu kỳ phóng điện của pin không khí hoàn toàn rắn sử dụng polyme 2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone làm điện cực âm có thể đạt tới 30 lần.
Các bài báo liên quan đã được công bố trên tạp chí học thuật Đức"Hóa học ứng dụng Phiên bản quốc tế".
Bản tin cho biết, so với các loại pin không khí thông thường hiện nay, loại pin không khí hoàn toàn ở trạng thái rắn mới này an toàn hơn và các vật liệu được sử dụng không chứa hơi ẩm và hiệu suất của các điện cực sẽ không bị suy giảm do độ ẩm. Trong tương lai, bằng cách cải thiện đặc tính vật liệu và nâng cao độ bền, loại pin này dự kiến sẽ được sử dụng làm nguồn năng lượng cho điện thoại di động và các thiết bị điện tử cầm tay khác.