Nếu sử dụng smartphone hay laptop, cuộc sống của bạn gần như sẽ phụ thuộc vào pin Lithium-ion. Nhưng sau thời gian sử dụng, loại pin này không thể sạc được nữa, nguyên liệu Lithium thì khan hiếm và cực kì có hại cho môi trường khi khai thác, chưa kể dễ gây cháy nổ. Đại đa số thiết bị điện tử tiêu dùng và lưu trữ năng lượng đều dựa vào pin Lithium-ion vì hiện chưa có sự thay thế nào tốt hơn.

Sau rất nhiều nỗ lực tìm kiếm phương án thay thế, Viện hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ công bố bước đột phá mới có thể cạnh tranh với Lithium-ion: Pin kim loại Kali, dễ khai thác và hoạt động với hiệu suất cao hơn.

Đồng tác giả nghiên cứu, giáo sư kỹ thuật cơ khí Nikhil Koratkar của Viện Rensselaer Polytechnic cho biết pin Kali trước đây hoạt động không tốt bằng Lithium-ion, nhưng nhóm nghiên cứu đã tìm ra cách chế tạo pin Kali an toàn và hiệu quả hơn.

Cơ chế hoạt động của pin thực chất là phản ứng hóa học khép kín được tạo thành từ hai điện cực - cực dương và cực âm - với chất điện phân kẹp giữa. Khi bắt đầu sạc pin, một dòng electron bắt đầu chảy từ cực âm sang dương.

Trong pin Lithium-ion, cực dương làm từ hợp chất Lithium ghép nối với cực âm bằng than chì. Nếu các nhà nghiên cứu chỉ đơn giản thay cực dương hoặc cực âm bằng Kali thì hiệu suất sẽ giảm đi đáng kể. Vì Kali nặng hơn và năng lượng vốn cũng ít hơn.

Nhóm của Koratkar cố gắng nâng cao hiệu suất pin Kali hơn hẳn so với Lithium-ion thương mại bằng cách thay thế cả cực âm lẫn cực dương bằng kim loại Kali.

Nhưng có một khó khăn các nhà nghiên cứu pin Kali hầu như đều gặp phải, đó là sự phát triển của đuôi gai kim loại. Sau thời gian, chúng phá vỡ cấu trúc bên trong pin, dẫn đến chập pin và gây ra cháy nổ. Nhóm của Koratkar đã tìm ra cách khắc phục nhược điểm trên bằng quy trình tự phục hồi.

Bằng cách vận hành pin với tốc độ sạc và xả tương đối cao, họ có thể kiểm soát chính xác mức nhiệt trong pin lên mức Kali không tan chảy nhưng đủ để kích hoạt khuếch tán bề mặt, nhằm đẩy kim loại sang phần đuôi gai và làm mịn nó ra.

Tiềm năng sử dụng của pin Kali là rất lớn. Chúng không chỉ tiết kiệm điện hơn cho các thiết bị điện tử tiêu dùng mà còn cả các thiết bị lớn như xe điện. Hơn nữa, chúng còn cung cấp nguồn lưu trữ năng lượng xanh từ gió và mặt trời. Các nhà khoa học ở Nga, Úc và Nhật Bản đều bày tỏ sự hứng thú của mình với dự án mới này thông qua nhiều bài nghiên cứu xuất hiện liên tục trong vòng vài tháng qua.