Vài năm trước đây, các nhà nghiên cứu Mỹ đã biểu thị một hệ thống ắc quy nạp lại với anôt magiê và catôt lưu huỳnh đầu tiên trên thế giới. Đây là phát hiện quan trọng vì ắc quy magiê – lưu huỳnh có triển vọng đạt hiệu quả năng lượng cao hơn các loại ắc quy nạp lại hiện nay.
Lưu huỳnh nguyên tố là vật liệu lý tưởng để làm ra catôt hoạt động cùng với anôt magiê, vì hệ thống này có thể đạt mật độ năng lượng cao – gấp đôi so với ắc quy ion liti.
Tuy nhiên, magiê và lưu huỳnh không cùng tương thích với phần lớn các chất điện ly đã biết, vì vậy cho đến nay liên kết hai loại điện cực này trong cùng một hệ thống để tạo thành ắc quy có thể hoạt động tốt đã tỏ ra là việc rất khó.
Vừa qua, các nhà nghiên cứu thuộc Viện nghiên cứu của hãng Toyota tại Michigan (Mỹ) công bố đã phát hiện chất điện ly có thể hoạt động trong hệ thống điện cực magiê và lưu huỳnh.
Hệ thống ắc quy nạp lại với các điện cực magiê – lưu huỳnh đã là mục tiêu công nghệ trong nhiều năm qua của các nhà nghiên cứu, vì nó kết hợp hai tính năng quan trọng là điện dung cao và thể tích nhỏ. Hơn nữa, magiê có xu hướng không tạo thành các dendrit (những kết tủa dài, dạng kim). Những dendrit này có thể phá hủy ắc quy đang hoạt động và là rủi ro an toàn đáng kể đối với các ắc quy này.
Cho đến nay, thách thức lớn nhất đối với các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực ắc quy magiê là tìm ra chất điện ly có thể hoạt động với cả hai loại điện cực magiê và lưu huỳnh. Nguyên nhân là vì tất cả các chất điện ly magiê đã biết hiện nay đều có tính ái nhân, chúng gây ra sự phân hủy nhanh của catôt lưu huỳnh.
Nhóm nghiên cứu của Toyota đã cho một halogenua magiê hữu cơ không ái nhân là magiê hexametyldisilazit clorua phản ứng với một axit Lewis là nhôm clorua. Phản ứng này dẫn đến các chất có hoạt tính điện hóa mà khi được kết tinh và tái hòa tan thì sẽ tạo ra chất điện ly không ái nhân, nhờ đó khả năng kết hợp tốt với cả hai loại điện cực lưu huỳnh và magiê.
Tuy nhiên, hiện vẫn còn nhiều trở ngại trên con đường phát triển các loại ắc quy magiê. Theo các nhà nghiên cứu, quá trình phóng điện của ắc quy có phản ứng phụ là khiến cho catôt lưu huỳnh bị khử điện hóa và tạo thành các anion polysunphua mà sẽ tan vào trong dung dịch điện ly. Ngăn ngừa sự hòa tan như vậy của lưu huỳnh là vấn đề rất quan trọng. Một trong những thách thức lớn khác là khả năng phóng – nạp điện nhanh của ắc quy.
Theo hãng Toyota, vẫn còn quá sớm để hình dung khi nào ắc quy magiê – lưu huỳnh sẽ được sử dụng trong xe ôtô điện. Tuy nhiên, đây có thể là một trong những lựa chọn cho các hệ thống ắc quy của tương lai.
LH
Theo Chemistry World, 8/2011
Leave a Reply