Các thiết bị điện tử hiện đại phụ thuộc nhiều vào pin lithium-ion, bao gồm điện thoại thông minh, xe điện và thậm chí cả máy bay.

Mặc dù những loại pin này xuất hiện khắp nơi trong công nghệ, thiết kế pin truyền thống đang đạt đến giới hạn về lượng năng lượng mà chúng có thể lưu trữ trên mỗi đơn vị trọng lượng pin, được gọi là mật độ năng lượng. Dù có nhiều nỗ lực tối đa hóa mật độ năng lượng, chúng ta đang tiến gần đến giới hạn vật lý của những gì có thể đạt được với pin lithium-ion truyền thống.

Hiện tại, Amprius Technologies, một công ty khởi nghiệp sản xuất pin đã công bố pin lithium-ion SiCore™ mới của họ. Không giống pin lithium-ion truyền thống, SiCore sử dụng anốt silicon thay vì anốt graphite, cho phép pin lưu trữ 450 watt-giờ (năng lượng) trên mỗi kilogram. Đây là mức cao hơn 80% so với pin lithium-ion thông thường. Theo công ty này, sự cải thiện đáng kể về mật độ năng lượng khiến ứng dụng của pin trong hàng không rất triển vọng, mang lại phạm vi hoạt động lớn hơn, thời gian bay được cải thiện và hiệu suất tổng thể tốt hơn.

Trong khi mật độ năng lượng của pin rất ấn tượng, yếu tố thay đổi cuộc chơi thực sự là tuyên bố của họ về việc đưa pin vào sản xuất hàng loạt trong tương lai gần. "Điều làm cho pin SiCore này khác biệt và đáng chú ý là nó mang đến mức hiệu suất cực cao trong một cấu trúc hóa học và định dạng pin sẵn sàng mở rộng với các quy trình và thiết bị sản xuất pin lithium-ion hiện có trong ngành." "Nó đã sẵn sàng cho sản xuất, có sẵn trên thị trường, và đang được khách hàng đánh giá ngay hôm nay," Tiến sĩ Kang Sun, CEO của Amprius Technologies cho biết trong một thông cáo báo chí.

Thay thế graphite

Trong pin, dòng điện chảy giữa hai điện cực, anốt (cực âm) và catốt (cực dương). Trong pin lithium-ion truyền thống, graphite được sử dụng làm anốt và oxit kim loại lithium được sử dụng làm catốt. Graphite hoạt động như một miếng bọt biển, hấp thụ lithium, thành phần mang năng lượng. Hấp thụ càng lớn, năng lượng của pin càng cao. Graphite rất kinh tế, khiến nó trở thành lựa chọn tuyệt vời cho anốt. Tuy nhiên, nó chỉ có thể lưu trữ một lượng năng lượng hạn chế (khoảng 250 watt-giờ trên mỗi kilogram).

Các nhà nghiên cứu đã đề xuất silicon thay thế graphite, vì về lý thuyết nó có thể chứa nhiều năng lượng gấp mười lần. Tuy nhiên, thách thức chính với silicon là nó phồng lên khi sạc, khiến công suất pin suy giảm nhanh chóng. Amprius tuyên bố đã giải quyết vấn đề phồng lên bằng cách sử dụng hệ thống vật liệu anốt silicon độc quyền của họ. Theo thông cáo báo chí, anốt silicon tương thích với thiết bị hiện có và quy trình sản xuất được sử dụng cho pin lithium-ion.

Ứng dụng quốc phòng và hàng không

Mật độ năng lượng cải tiến của SiCore xuất hiện ba tháng sau khi Amprius công bố nền tảng SiCore ban đầu có mật độ năng lượng 370 watt-giờ trên mỗi kilogram. Trong thời gian ngắn này, họ đã tăng mật độ năng lượng lên hơn 20%! Mục tiêu chính của Amprius cho pin của họ là các ứng dụng quốc phòng và hàng không, bao gồm phương tiện bay không người lái. Đối với các ứng dụng hàng không, đội ngũ đang chờ đợi chứng nhận UN38.3 cần thiết cho vận chuyển đường hàng không trong quý này. Những cải tiến trong hiệu suất pin giúp giảm tổng chi phí hệ thống bằng cách mở rộng phạm vi hoạt động mà không cần thêm trọng lượng. Điều này cực kỳ có lợi cho tất cả các ngành công nghiệp đang tìm kiếm nguồn năng lượng nhẹ và hiệu suất cao.