IBM và kế hoạch sản xuất pin đầy tham vọng

Một tổ hợp công nghiệp dẫn đầu là IBM đang hy vọng sẽ sản xuất ra loại pin lithium – khí dùng cho các phương tiện di chuyển bằng điện, giúp nâng quãng đường di chuyển lên 800km thay vì 160km như hiện nay.

Pin lithium – khí

Cái tên nghe khá lạ tai này do IBM đặt cách đây không lâu. Lithium – khí là tổ hợp giữa Lithium và khí ôxy, có nguy cơ chập cháy (do nóng quá) thấp hơn nhiều so với loại pin lithium – ion thông dụng trong các thiết bị điện tử tiêu dùng hiện nay. Loại pin mới cũng có thể sử dụng để lưu trữ năng lượng từ mạng lưới điện, và sẽ là bước tiến lớn thay thế cho loại pin sử dụng trong các phương tiện di chuyển bằng điện hiện tại.

Theo IBM, kế hoạch sản xuất loại pin trên là một nỗ lực dài hơi không thể hoàn thành trong một sớm một chiều. Loại pin mới có thể cho phép phương tiện di chuyển bằng điện chạy một quãng đường từ 500km – 800km mỗi lần sạc. Nếu loại pin này được sản xuất thành công thì đó sẽ là bước đột phá rất lớn trong ngành giao thông vận tải. Hiện tại, các phương tiện di chuyển bằng điện sử dụng pin mới chỉ chạy được quãng đường từ 80-160km.

Theo Chandrasekhar "Spike" Narayan, giám đốc Tổ chức Công nghệ & Khoa học tại Phòng thí nghiệm Almaden, thuộc Trung tâm nghiên cứu IBM, Mỹ, hãng này hy vọng sẽ tìm ra một công nghệ pin hoàn toàn mới, và loại pin đó có thể coi là sản phẩm của tương lai với những khả năng hoàn toàn mới, mạnh hơn, hoạt động lâu hơn và bền hơn rất nhiều.

Chạy đua công nghệ

Song song với việc công bố kế hoạch trên, IBM cũng đồng thời khẳng định Mỹ đang dẫn đầu trong lĩnh vực công nghệ sản xuất pin. Trước đây, vị trí này thường dành cho châu Á với các “đại gia” tên tuổi và lâu đời như Nhật Bản và Hàn Quốc. Trong nhiều năm qua, những đột phá về công nghệ sản xuất pin dành cho laptop, điện thoại di động thường bắt nguồn từ Mỹ, nhưng những sản phẩm pin ngày nay đa phần lại có xuất xứ từ hai quốc gia trên.

Các nhà lãnh đạo công nghiệp Mỹ đang kêu gọi nước này phải có sự đồng thuận để không bị lỡ dịp trước xu thế chuyển đổi quan trọng mang tính lịch sử - đó là các phương tiện chuyển từ dùng xăng dầu sang dùng điện. Giới công nghiệp Mỹ cũng lo ngại rằng khả năng phụ thuộc về dầu mỏ của nước này vào Trung Đông vẫn còn rất lớn, trong khi đang xuất hiện xu hướng nước này cũng bị phụ thuộc vào nguồn cung cấp pin (dành cho phương tiện giao thông) vào châu Á.

“Trong những năm 70, chúng ta đã thua trong cuộc đua về công nghệ sản xuất pin. Đây là công nghệ cực kỳ quan trọng giúp định hình tương lai; và nếu chúng ta không hành động nhanh chóng thì chúng sẽ về tay Trung Quốc và Nhật Bản”, Andy Grove, cựu Chủ tịch Intel, cảnh báo giới công nghiệp Mỹ.

Cạnh tranh

Sáng kiến sản xuất pin lithium – khí xuất phát từ một cuộc thi nội bộ của Phòng thí nghiệm Almaden, IBM hồi cuối năm ngoái. Tuy nhiên, giờ đây sáng kiến này đã có thêm sự tham gia của 5 phòng thí nghiệm quốc gia Mỹ và một số trường đại học trong đó có Đại học California. IBM hy vọng 300 nhà khoa học hàng đầu và các chuyên gia về pin sẽ cùng chung sức với nhau để đẩy nhanh dự án này, dự kiến sẽ bắt đầu từ cuối tháng 8 tới. IBM cũng là hãng đầu tiên đưa ra bản dự thảo kế hoạch sản xuất pin lithium-khí, và hiện đang được Bộ Năng lượng Mỹ xem xét. Nếu được thông qua, dự án này sẽ được cấp thêm khoản kinh phí khá lớn hỗ trợ cho quá trình nghiên cứu và phát triển sản phẩm.

Thực ra, IBM không phải là hãng lớn duy nhất của Mỹ nghiên cứu về công nghệ pin mới. General Electric đang đầu tư 150 triệu USD cho dự án phát triển pin natri trên diện rộng trong vòng 5 năm tới. Loại pin này sẽ được sử dụng cho các đầu xe lửa và hệ thống điện lưới. General Electric cũng đồng thời đầu tư vào A123, một công ty nhỏ chuyên cung cấp các sản phẩm pin lithium-ion cho các phương tiện sử dụng điện.

Bên trong phòng thí nghiệm pin của General Electric.

Ngoài ra, gần đây Toyota cũng tuyên bố bắt đầu nghiên cứu công nghệ lithium-khí. Thêm vào đó, có một số công nghệ tiềm năng khác cũng được đưa vào tầm ngắm, trong đó có lithium – lưu huỳnh. Tuy nhiên, giới công nghiệp cho rằng lithium-khí có nhiều tiềm năng hơn và đáng được chú ý nhiều hơn. “Đó là một ý tưởng đầy hứa hẹn, nhất là so với những công nghệ cạnh tranh khác”, nhận xét về công nghệ lithium-khí của Jack Wells – người đứng đầu Viện Lý thuyết phân tử nano thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge.

Việc IBM theo đuổi công nghệ sản xuất pin thế hệ mới là do sự quyết định của Winfried W. Wilcke, giám đốc chương trình khoa học nano của Phòng thí nghiệm Almaden. Ông này cũng đứng đầu nhóm nghiên cứu bao gồm 40 thành viên, trong đó có các nhà nghiên cứu và khoa học IBM từ các phòng thí nghiệm quốc gia và trường đại học. Dự án pin mới cũng là một phần trong chương trình Đổi mới 2 năm của IBM.

Sau một thời gian nghiên cứu, Wilcke và nhiều đồng nghiệp đã kết luận rằng pin lithium-khí sẽ mang lại nhiều lợi thế hơn hẳn so với công nghệ lithium-ion hiện nay. Pin lithium-ion thường bị nóng và có nguy cơ cháy nổ cao hơn. Trong khi đó, pin lithium-air có thể lưu trữ năng lượng nhiều hơn trên mỗi inch vuông do ôxy, một thành phần quan trọng của pin sử dụng ở dạng phản ứng hóa học, có thể bổ sung bất cứ lúc nào (lấy ôxy từ môi trường xung quanh) mà không cần phải đóng gói vào pin ngay từ đầu.

Xây dựng trên nền công nghệ nano

Trong số các tập đoàn công nghệ lớn hiện nay, IBM vẫn giữ vị trí hàng đầu về nghiên cứu vật chất nhờ đội ngũ đông đảo các chuyên gia và nhà khoa học. IBM cũng đồng thời rất mạnh trong nhiều lĩnh vực khác như công nghệ nano, hóa học và siêu máy tính. Gã khổng lồ xanh này cũng có kế hoạch sử dụng công nghệ màng nano có sẵn (do IBM phát triển cho hệ thống lọc nước) để phân tách nước và các hợp chất khác từ ôxy trong không khí. IBM cũng sử dụng kinh nghiệm về cấu trúc nano để phân phối ôxy một cách đồng đều tới các thành phần của pin. Ngoài ra, IBM cũng sử dụng siêu máy tính để giả lập các kỹ thuật di chuyển phân tử qua màng lọc nano.

IBM sử dụng cả siêu máy tính để nghiên cứu pin thế hệ mới.

Tuy nhiên, không nói rõ sẽ có những thử thách nào mà hãng phải đối mặt trong quá trình phát triển pin lithium-khí. “Nếu có thử thách nào thì chúng tôi sẽ biết trong vòng 2 năm tới”, Narayan - Giám đốc Tổ chức Công nghệ & Khoa học tại Phòng thí nghiệm Almaden, thuộc Trung tâm nghiên cứu IBM, quả quyết. Trong khi đó, Jack Wells – đứng đầu Viện Lý thuyết phân tử nano thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge, thì khẳng định rằng việc định hình cách sản xuất loại pin sạc lithium-khí sẽ là một trong những thử thách lớn nhất trong thời gian tới. Những thí nghiệm của một nhóm nghiên cứu Trường đại học St. Andrews, Anh, đã chỉ ra rằng tổn thất năng lượng trong quá trình sạc pin lithium-khí là rất lớn. “Chúng ta cần chung sức giải quyết các vấn đề này”, Wells nói.

Hiện vẫn còn chưa rõ tới khi nào IBM và các hãng khác có thể sản xuất thành công loại pin lithium-khí. Tuy nhiên, các chuyên gia phân tích cho rằng quãng thời gian này có thể sẽ phải mất tới ít nhất là 5 năm.