Dùng virus tăng cường năng lượng của pin Lithium-air

Trong những năm gần đây, Lithium-air - công nghệ pin hứa hẹn sẽ cải tiến mật độ năng lượng so với pin Lithium-ion vẫn đang là đề tài của nhiều nghiên cứu nhằm mục tiêu mở rộng phạm vi hoạt động của các phương tiện chạy điện.

Và mới đây, bằng sự trợ giúp của một loại virus được biến đổi gene, các nhà nghiên cứu tại viện công nghệ MIT đã tìm ra một phương pháp giúp tăng cường hiệu năng và độ bền của pin Lithium-air. Đồng thời, mật độ năng lượng của pin cũng cao hơn từ 2 đến 3 lần so với pin Lithium-ion.

Lý do chính khiến pin Lithium-air có mật độ năng lượng cao hơn so với pin Li-ion là thay vì sử dụng các hợp chất hóa học nặng thông thường, nó sử dụng oxy từ không khí để phản ứng với cực dương thông qua một cực âm bằng khí carbon. Điện cực của pin bao gồm các dây dẫn nano và chúng được hình thành trong quá trình phản ứng hóa học năng lượng cao. Các sợi nano đan xe vào nhau tạo nên một điện cực có tiết diện phẳng.

Bằng việc sử dụng một phiên bản biến đổi gene của virus M13, MIT đã có thể tăng diện tích bề mặt của một chuỗi sợi nano với bề ngang khoảng 80nm. Virus M13 có khả năng "thu nhận các phân tử kim loại từ nước và gắn kết chúng thành các hình dạng cấu trúc, tương tự khả năng tự phát triển của bào ngư" - Angela Belcher - giáo sư năng lượng tại W. M. Keck đồng thời là thành viên viện nghiên cứu ung thư Koch thuộc MIT cho biết.

Cụ thể hơn, virus sẽ "xây dựng" các dây dẫn bằng mangan oxit - một vật liệu thường được dùng làm cực âm của pin Lithium-air với đặc tính bề mặt thô kệt, có mấu nhọn. Thay vì bề mặt phẳng, các mấu nhọn trên mangan oxit sẽ hình thành dây dẫn bằng các phương pháp hóa học thông thường, tạo ra bề mặt tiếp xúc lớn hơn để phản ứng hóa học có thể xảy ra. Quy trình này cũng tạo ra một cấu trúc chồng chéo 3D thay vì chỉ các dây dẫn đơn lẻ, qua đó tăng độ ổn định cho điện cực. Thêm vào đó, một ưu điểm nữa của phương pháp này là hoạt động của virus có thể được thực hiện ở nhiệt độ phòng.

Belcher kỳ vọng quy trình sản xuất pin Lithium-air theo phương pháp mới có thể được thực hiện với các nghiên cứu, trang thiết bị và vật liệu sẵn có. Hiện tại, nhóm nghiên cứu chỉ mới tạo ra một cực âm áp dụng quy trình hoạt động virus trên và vật liệu đã trải qua quá trình thử nghiệm 50 lần sạc/xả. Theo họ, sẽ cần có nhiều nghiên cứu hơn nữa, đặc biệt là trong lĩnh vực chất điện phân của pin để có thể thương mại hóa pin Lithium-air.