MỸ – Các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Washington – WSU (Washington State University) đã chứng minh một cách sử dụng protein từ bắp để cải thiện hiệu suất của pin lithium – lưu huỳnh, một khám phá mang ý nghĩa giúp sản xuất một loại pin nhẹ hơn, năng lượng cao dành cho xe điện, lưu trữ năng lượng tái tạo và các ứng dụng khác.
Pin lithium – lưu huỳnh nhẹ hơn nhưng vẫn cung cấp cùng một lượng năng lượng và thân thiện với môi trường hơn so với pin lithium-ion thông thường, nhưng việc áp dụng thương mại loại pin này bị hạn chế bởi những rào cản công nghệ làm giảm tuổi thọ của chúng.
Nghiên cứu của đại học WSU, được công bố trên Tạp chí Journal of Power Sources, cho thấy một lớp bảo vệ được tạo từ protein của bắp, kết hợp với một loại nhựa thông thường, đã cải thiện hiệu suất của pin lithium – lưu huỳnh có kích thước bằng một chiếc nút áo. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng pin có thể giữ được điện tích trong hơn 500 chu kỳ sạc, một cải tiến so với pin không có lớp bảo vệ từ protein của bắp, được gọi là ‘bộ phận phân tách’.
Bà Katie Zhong, Giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Cơ khí và Vật liệu và là tác giả của bài viết, đã nói rằng: “Công trình này chứng minh một cách tiếp cận đơn giản và hiệu quả để chuẩn bị một bộ phận phân tách chức năng nhằm nâng cao hiệu suất của pin. Kết quả thật tuyệt vời”.
Pin lithium – lưu huỳnh được xem là một giải pháp thay thế mang tính khả thi dành cho pin lithium-ion cho nhiều ứng dụng. Về mặt lý thuyết, chúng chứa nhiều năng lượng hơn, vì vậy việc sử dụng chúng trong ô tô hoặc máy bay sẽ cần pin nhỏ hơn và nhẹ hơn nhiều so với pin thông thường. Hơn nữa, pin lithium – lưu huỳnh sử dụng lưu huỳnh làm cực âm, một nguyên liệu có sẵn rất nhiều, rẻ và không độc hại, thân thiện với môi trường hơn. Cực âm của pin lithium-ion được làm bằng oxit kim loại và bao gồm các kim loại nặng độc hại như coban hoặc niken.
Trong công trình nghiên cứu của mình, các nhà khoa học đã sử dụng protein từ bắp làm lớp phủ cho bộ phận phân tách ở giữa pin để ngăn ngừa cả hai vấn đề.
Ông Jin Liu, Giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Cơ khí và Vật liệu, đồng thời là tác giả liên hệ của bài viết, cho biết: “Protein từ bắp sẽ là vật liệu tốt cho pin vì tính dồi dào, là sản phẩm tự nhiên và bền vững”.
Các sinh viên tốt nghiệp gồm Ying Guo, Pedaballi Sireesha và Chenxu Wang dẫn đầu công việc nghiên cứu.
Các khối xây dựng của protein là các axit amin, phản ứng với vật liệu pin để cải thiện chuyển động của các ion lithium và ức chế hiệu ứng con thoi (1). Vì protein tự nhiên bị gấp lại trên chính nó, các nhà nghiên cứu đã thêm một lượng nhỏ nhựa dẻo để làm phẳng nó và cải thiện hiệu suất của nó. (1) Hiệu ứng con thoi: hay hiệu ứng polysulfide, là hiện tượng các sản phẩm trung gian lưu huỳnh (polysulfide) hòa tan vào chất điện phân trong pin, và sau đó di chuyển giữa cực dương (catot) và cực âm (anot) gây ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất và tuổi thọ của pin.
Giáo sư Jin Liu đã nói rằng: “Điều đầu tiên chúng ta cần nghĩ đến là làm thế nào để mở protein, từ đó chúng ta có thể sử dụng những tương tác đó và điều khiển protein”.
Các nhà nghiên cứu đã tiến hành cả nghiên cứu số và thử nghiệm để chứng minh sự thành công của pin. Họ đang tiến hành thêm các nghiên cứu về cách thức hoạt động của quy trình, tương tác axit amin nào có thể chịu trách nhiệm và cách tối ưu hóa cấu trúc protein.
Giáo sư Katie Zhong nói thêm: “Protein là một cấu trúc phức tạp. Chúng ta cần thực hiện thêm các nghiên cứu mô phỏng để xác định loại axit amin nào trong cấu trúc protein có thể hoạt động tốt nhất, nhằm giải quyết các vấn đề về hiệu ứng con thoi và các vấn đề về sự hình thành gai kim loại lithium”.
Để xem các tin bài khác về “Lithium – lưu huỳnh”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Electronics Online
