[chocolatenoir]

Mình không dám bàn sâu về kỹ thuật và phản ứng hóa học mà chỉ đưa một số chỉ tiêu (theo mình hiểu) đã định hướng cho các nghiên cứu trên lĩnh vực pin lithium:

1/ Hiện nay các vấn đề xung quanh nguồn điện (battery) đặc biệt là pin lithium vaf fuel cell trở thành topic chủ đạo trên các tạp chí chuyên nghành các hội nghị, các forum lớn của lĩnh vực Điện hóa. Nguyên do bởi sự bùng nổ của công nghiệp điện tử và nhu cầu ngày càng lớn với các thiết bị mobile ( ĐTDĐ, laptop, máy nghe nhạc MP3...).

2/ Sự cạnh tranh của các hãng và lượng vốn đầu tư khổng lồ cho lĩnh vực này khiến cho các nghiên cứu từ cơ bản đến ứng dụng triển khai trên pin lithium có thời gian đặc biệt ngắn.

3/ Ngoài các tiêu chuẩn hóa học thông thường do đặc thù của lĩnh vực mobile đòi hỏi pin lithium phải đáp ứng các yêu cầu khắt khe và khá đối nghịch nhau. Cụ thể:
* Khối lượng pin phải thấp
* Sức điện động và dung lượng pin phải cao
* Tuổi thọ và số chu kỳ phóng nạp phải dài
* An toàn, không độc hại cho người sử dụng và cho môi trường
VD: với các thiết bị ĐTDĐ ngày nay đòi hỏi pin lithium kể cả phần vỏ không vượt quá 20-30g nhưng lại tích hợp màn hình màu tới 265k và yêu cầu thời gian đàm thoại, thời gian chờ ngày càng lâu.

Vì sao chọn lithium???
Trong tất cả các loại pin thì hai thông số quan trọng nhất cần xem xét khi chọn hệ điện hóa (làm cathode và anode của pin) là:

a/ Sức điện động lý thuyết và thực tế có thể đạt
Sức điện động lý thuyết (hiểu thô thiển là hiệu điện thế mà pin có thể cung cấp) rất phụ thuộc vào cặp oxi hóa khử liên hợp chọn làm điện cực:
Lấy VD với pin Con Ó : Vỏ kẽm làm cực âm (anode): E (Zn2+/Zn) = -0.762V; hệ MnO2/MnOOH làm cực dương (cathode) trong môi trường có tính axit ta có giá trị sức điện động của pin vào khoảng 1.5V. Nếu muốn nghe nhạc với Walkman 3V thì ta phải mắc nối tiếp 2 cục pin.

Giả sử nếu trong pin Con Ó thay vì chọn kẽm (Zn2+/Zn) mà ta chọn đồng ( Cu2+/Cu = 0.337V) thì giá trị sức điện động lý thuyết đã giảm đi khá nhiều (chỉ còn gần 0.5V) và ta phải mắc 6 cục pin nối tiếp. Trên phương diện này các kim loại nhóm IA và IIA có ưu thế vì chúng đều có tính khử mạnh và thế rất âm, với lithium là E (Li+/Li) = -3.045V. Như vậy pin lithium (xét trường hợp cathode vẫn là cặp MnO2/MnOOH) thì ta có sức điện động là 3.8V so với 1.5V


b/ Dung lượng riêng lý thuyết
Theo phương trình FARADAY m = M/n x It/F với F = 96485C/mol thì ta có:

Với kẽm (M=65g/mo, số electron trao đổi n=2) để có thể thu được q=96485 C thì cần có 65/2 = 38.5g Zn theo phản ứng Zn = Zn2+ + 2e-
Nếu dùng kim loahi nhẹ như Al thì ta co 27/3 = 9g/mol electron.

Còn nếu dùng Li thì ta chỉ cần có M/n = 7g là có thể cho cùng một điện lượng 96485C rồi.
Điều đó có nghĩalà nếu (giả sử) chúng ta cần 1 cục pin có thể cung cấp 96485C thì khi so sánh với pin kẽm ta thấy là dùng lithium sẽ tiết kiệm được một khối lượng là 31.5g. Ngoài ra khối lượng riêng của Li là 0.535g/cm3 so với các kim loại khác như Al 2.7g/cm3.

Như vậy sự chọn lựa điện cực cho pin di động gần như không thể tìm được nguyên tố nào tốt hơn lithium. (1)

Các nghiên cứu về điện hóa tập trung vào:
* Vấn đề điện cực: phân tán lithium sao cho có thể đạt 100% giá trị dung lượng (do phản ứng trong pin là phản ứng của các hạt lithium). Xung quanh vấn đề này người ta đi vào hai mảng là: cải tiến tính chất của lưới carbon mà trong đó các hợp chất của Li phân tán và nâng cao chu kì sống của các hạt Li+ hay Li (giảm kích thước để tăng số nguyên tử bề mặt, tăng khả năng chuyển hóa Li vs Li+...)

* Vấn đề electrolyte: do lithium phản ứng với nước nên đã gây khó khăn cho việc chọ electrolyte cho pin lithium. Nguyên do là các dung môi hữu cơ có tính dẫn điện kém. Hiện nay ngoài việc sử dụng chất điện giải rắn trên cơ sở polymer thì hướng ứng dụng các chất lỏng ion (ionic liquid) đang là một hướng nhiều triển vọng. Hướng nghiên cứu này được chú ý nhiều vì các thay đổi, cải tiến đều có ảnh hưởng tích cực đến dung lượng riêng và thời gia sống của pin.


M/n: đương lượng điện hóa tức số gam chất cần để cho 1 mol electron ( 1 electron có q=1.6x10-19C nên với 1 mol electron (số Avogadro N =6.023x1023) sẽ có Q=96485C)
Hãng SONY vẫn luôn luôn là hãng dẫn đầu trong lĩnh vực này (ngay cả sau khi xảy ra cháy nổ do lỗi pin SONY thì không hãng máy tính nào Dell, Lenovo đổi sang dùng pin khác cả)


Nói chung còn nhiều vấn đề lắm nhưng mà sao khó gõ tiếng Việt trong chemvn quá. How can I do now?????