Các nhà khoa học phát triển pin có thể chạy gần 2 tháng trên bầu khí quyển sao Hỏa

3 giờ trướcBài gốc

Các nhà khoa học Trung Quốc cho biết đã phát triển một loại pin nhẹ, có thể sạc lại dành cho việc thám hiểm sao Hỏa. Pin này có thể được cung cấp năng lượng từ bầu khí quyển sao Hỏa trong khi vẫn chịu được nhiệt độ khắc nghiệt của hành tinh đỏ.

Theo các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, loại pin đó có khả năng "hút trực tiếp bầu khí quyển sao Hỏa để làm nhiên liệu" trong quá trình xả và sạc lại bằng các nguồn năng lượng mặt trời và hạt nhân bên ngoài.

Theo bài báo được công bố trên tạp chí Science Bulletin được bình duyệt ngang hàng, loại pin này có thể chạy trong hơn 1.350 giờ (gần 2 tháng trên sao Hỏa) ở nhiệt độ 0 độ C (32 độ F). Một ngày trên sao Hỏa dài hơn khoảng 40 phút so với trên Trái đất.

Các nhà nghiên cứu thông báo đã thiết kế loại pin này để hoạt động trong điều kiện nhiệt độ thay đổi khắc nghiệt trên sao Hỏa, nơi ngày và đêm có thể chênh lệch tới 60 độ.

“Chúng tôi đã phát triển pin để thám hiểm không gian được cung cấp năng lượng trực tiếp từ bầu khí quyển sao Hỏa và đánh giá hiệu suất điện hóa ở nhiệt độ rộng để phù hợp với những biến động nhiệt độ nghiêm trọng trên sao Hỏa. Việc phát triển pin sao Hỏa nhằm mục đích đánh giá sự thống trị của pin lithium-ion thứ cấp được mang theo trong các thiết bị thám hiểm từ xe tự hành Sojourner (Mỹ) năm 1997 đến xe tự hành Zhurong (Trung Quốc) năm 2021”, họ viết.

1. Hiệu suất điện hóa là khả năng của một hệ thống hoặc thiết bị điện hóa, chẳng hạn pin, ắc quy, hoặc pin nhiên liệu, thực hiện các quá trình chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện (hoặc ngược lại) một cách hiệu quả.

Trong một hệ thống điện hóa, phản ứng hóa học diễn ra tại các điện cực (cực dương và cực âm) để tạo ra dòng điện hoặc lưu trữ năng lượng. Hiệu suất điện hóa thường được đánh giá qua các yếu tố sau:

- Dung lượng: Lượng điện năng mà hệ thống có thể lưu trữ hoặc cung cấp trong một chu kỳ sạc/xả.

- Hiệu suất Coulomb: Tỷ lệ giữa điện tích lấy ra và điện tích nạp vào trong một chu kỳ, thể hiện mức độ tổn thất năng lượng. Coulomb (ký hiệu là C) là đơn vị đo điện tích trong Hệ thống đơn vị quốc tế (SI), được đặt theo tên của nhà vật lý Charles-Augustin de Coulomb (người Pháp). Một coulomb đại diện cho lượng điện tích tương đương với dòng điện 1 ampe chảy qua một điểm trong vòng 1 giây.

- Độ ổn định chu kỳ: Số lần hệ thống có thể sạc và xả mà vẫn duy trì hiệu suất cao.

- Điện áp làm việc: Điện áp mà hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả trong các điều kiện sử dụng bình thường.

- Tốc độ phản ứng: Tốc độ phản ứng hóa học tại các điện cực, ảnh hưởng đến công suất và tốc độ sạc/xả của pin.

Hiệu suất điện hóa càng cao thì hệ thống càng hoạt động ổn định, lưu trữ và cung cấp năng lượng một cách hiệu quả hơn.

2. Pin lithium-ion thứ cấp là loại pin sạc lại, khác với pin sơ cấp – loại chỉ sử dụng một lần rồi thải bỏ. Pin thứ cấp, trong đó có pin lithium-ion, có thể nạp lại và tái sử dụng sau khi năng lượng đã cạn.

Đặc điểm của pin lithium-ion thứ cấp:

- Cấu trúc: Pin này sử dụng ion lithium làm chất mang điện tích giữa cực dương (anode) và cực âm (cathode) thông qua chất điện phân (electrolyte).

- Sạc lại nhiều lần: Đây là loại pin có khả năng sạc và xả nhiều lần mà không mất đi nhiều hiệu suất, do đó được gọi là "thứ cấp".

- Ứng dụng rộng rãi: Pin lithium-ion thứ cấp rất phổ biến trong các thiết bị điện tử di động (như điện thoại, laptop), xe điện và trong các hệ thống lưu trữ năng lượng cho các tàu vũ trụ, xe thám hiểm không gian.

- Hiệu suất cao: Pin này có mật độ năng lượng cao, tuổi thọ dài và hiệu suất tốt trong nhiều chu kỳ sạc và xả.

Pin lithium-ion thứ cấp đã trở thành công nghệ phổ biến nhờ khả năng sạc lại và hiệu quả cao, giúp giảm nhu cầu thay thế pin liên tục so với các loại pin sơ cấp chỉ sử dụng một lần.

Tác giả nghiên cứu, Xiao Xu - chuyên gia sau tiến sĩ tại trường đại học ở thành phố Hợp Phì, tỉnh An Huy, đông nam Trung Quốc, cho biết pin hoạt động giống như cell nhiên liệu, chuyển đổi các phản ứng hóa học của nguồn năng lượng thành điện.

Cell dùng để chỉ các viên pin (hoặc tế bào pin). Trong lĩnh vực năng lượng và ô tô điện, cell thường là một đơn vị cơ bản của pin, có thể được kết hợp thành các mô đun hoặc gói pin lớn hơn để cung cấp năng lượng cho các thiết bị và phương tiện.

“Giống pin nhiên liệu hydro-oxy sử dụng hydro làm nhiên liệu để tạo ra năng lượng, pin sao Hỏa lấy các loại khí như carbon dioxide (CO2), oxy và carbon monoxide (CO) từ bầu khí quyển sao Hỏa làm nhiên liệu cho nó. Pin này tạo ra năng lượng điện tại chỗ bằng cách sử dụng tài nguyên địa phương thông qua các phản ứng điện hóa hoặc hóa học. Điều này c++ nghĩa là không cần phải vận chuyển nhiên liệu lên sao Hỏa, giúp giảm đáng kể trọng lượng của pin”, bà Xiao Xu giải thích.

Khi được hỏi về số phận của Zhurong, xe tự hành chạy bằng năng lượng mặt trời của Trung Quốc đang ngủ đông trên sao Hỏa sau khi bụi tích tụ đã hạn chế lượng ánh sáng mặt trời mà nó có thể nhận được, bà Xiao Xu nói tấm pin mặt trời sẽ không phải là cách duy nhất để sạc lại pin mới.

“Bụi tích tụ trên tấm pin mặt trời không nhất thiết trở thành yếu tố hạn chế hiệu suất của pin sao Hỏa”, bà Xiao Xu nói.

Các nhà nghiên cứu cho biết pin sao Hỏa hoạt động giống pin nhiên liệu, chuyển đổi các phản ứng hóa học của nguồn năng lượng thành điện - Ảnh: Sciencedirect

Theo nhóm nghiên cứu, xe tự hành và các thiết bị thám hiểm khác trên sao Hỏa chủ yếu được cung cấp năng lượng bằng pin lithium-ion di động cũng như tấm pin mặt trời quy mô lớn và pin hạt nhân.

“Pin lithium-ion có thể sạc lại đã được sử dụng trong hầu hết xe tự hành trên sao Hỏa và thậm chí cả trực thăng đầu tiên trên sao Hỏa, được sử dụng kết hợp với pin hạt nhân với xe tự hành của Mỹ là Perseverance và Curiosity, hoặc tấm pin mặt trời, ví dụ Zhurong”, nhóm nghiên cứu cho biết.

Theo Xiao Xu, xe tự hành thám hiểm trên sao Hỏa sẽ tiếp tục phụ thuộc vào nhiều nguồn năng lượng cho hệ thống điện của chúng. “Pin sao Hỏa không thay thế các nguồn năng lượng hiện có như pin mặt trời hoặc pin hạt nhân, mà được thiết kế để bổ sung và hỗ trợ các hệ thống cung cấp năng lượng hiện tại”, Xiao Xu nói.

Bà cho biết nhóm nghiên cứu hy vọng sau khi thực hiện thành công nghiên cứu khái niệm ban đầu thì sẽ phát triển thêm các loại pin sao Hỏa trạng thái rắn. Họ sẽ tập trung vào việc khắc phục vấn đề chất điện giải bay hơi do áp suất thấp trên sao Hỏa, đồng thời cải thiện các hệ thống quản lý nhiệt độ và áp suất để pin hoạt động hiệu quả hơn trong điều kiện khắc nghiệt của hành tinh đỏ.

Xiao Xu tuyên bố công trình này đã đặt nền tảng cho các hệ thống đa năng bổ sung cho hoạt động thám hiểm không gian trong tương lai.

Sơn Vân

Nguồn Một Thế Giới : https://1thegioi.vn/cac-nha-khoa-hoc-phat-trien-pin-co-the-chay-gan-2-thang-tren-bau-khi-quyen-sao-hoa-224674.html