Đang tải...
Đang tải...
Khi các nhà sản xuất ô tô tiếp tục chuyển hướng sang xe điện (EV), thời của động cơ đốt trong sẽ kết thúc—và sớm hơn bạn nghĩ. Tại Canada, việc bán các loại xe mới chạy bằng khí đốt sẽ kết thúc vào năm 2035. Ở phía nam biên giới, Hoa Kỳ sẽ chấm dứt việc bán các loại xe hạng nhẹ chạy bằng khí đốt mới vào đầu năm 2025.
Đối với nhiều chủ xe, lần mua tiếp theo của họ sẽ là xe điện. Nhưng như nhiều chủ sở hữu EV hiện tại biết, lợi ích môi trường của ô tô chạy bằng pin đi kèm với sự đánh đổi.
Tiến sĩ Yverick Pascal Rangom, giáo sư kỹ thuật hóa học tại Đại học Waterloo, xác định sự đánh đổi đó là khoảng cách lái xe mà công nghệ pin hiện tại có thể hỗ trợ.
"Động cơ điện là tốt," ông nói. "Chúng cực kỳ nhỏ và mạnh. Vấn đề là pin, cụ thể là chúng có thể lưu trữ bao nhiêu năng lượng, tuổi thọ và thời gian sạc."
Cùng với các nhà nghiên cứu khác tại Waterloo, Rangom hiện đang nghiên cứu những đổi mới nhắm vào những hạn chế đó. Trong một sáng kiến, anh ấy đang dẫn đầu sự hợp tác với đồng nghiệp là phó giáo sư Tiến sĩ Michael Pope trong một dự án nghiên cứu do nhà sản xuất phụ tùng ô tô Magna chấp thuận.
Rangom cho biết : “Rào cản kỹ thuật cuối cùng mà chúng tôi gặp phải đối với pin lithium-ion—ít nhất là đối với xe điện —là khả năng sạc nhanh. "Nhóm đầu tiên đạt được điều này sẽ có nhiều đòn bẩy và cơ hội nhất trong ngành. Chúng tôi vẫn còn một chặng đường dài phía trước để đưa công nghệ này đến với mọi người. Đó là một vai trò lớn đối với các nhà nghiên cứu như tôi và những người khác tại trường Đại học."
Mặc dù nhiều EV có thể được cắm vào ổ cắm tiêu chuẩn để sạc, nhưng chúng thường mất hàng giờ để sạc đầy. Những chủ sở hữu EV quên cắm điện qua đêm có thể thức dậy và thấy rằng việc đi làm buổi sáng của họ sẽ bị trì hoãn đáng kể.
Bộ sạc EV nhanh chuyên dụng tại nhà là một lựa chọn. Lắp đặt các bộ sạc chuyên dụng này đã trở thành một dịch vụ phổ biến rộng rãi mà thợ điện tại nhà cung cấp. Nhưng trong khi chi phí lắp đặt phải chăng, hầu hết các ngôi nhà hiện tại không có khả năng cung cấp điện cho chúng.
Những ngôi nhà dành cho một gia đình được xây dựng trước cuối những năm 1980 thường chỉ có dịch vụ 100-amp. Bộ sạc EV chuyên dụng yêu cầu dung lượng bổ sung và nhiều chủ nhà phải nâng cấp lên dịch vụ 200-amp. Loại nâng cấp này có thể có giá từ 1.000 USD đến 4.000 USD.
Sạc xa nhà là một thách thức khác. Nhiều thành phố và doanh nghiệp đã lắp đặt bộ sạc chuyên dụng và các nhà sản xuất đang nỗ lực xây dựng mạng lưới các trạm sạc nhanh để cung cấp vùng phủ sóng giống như các trạm xăng truyền thống hiện nay.
Nhà tiên phong về xe điện Tesla có một trong những mạng lưới lớn nhất mà họ gọi là bộ siêu tăng áp. Tesla báo cáo có hơn 40.000 bộ siêu nạp trên toàn thế giới, bao gồm 17.000 ở Mỹ và 147 ở Canada.
Những người điều khiển phương tiện chạy bằng xăng chạy bằng khói biết rằng hầu như luôn có một trạm xăng gần đó. Nhưng ngay cả với bộ sạc gia đình chuyên dụng và mạng lưới bộ sạc công cộng ngày càng phát triển, chủ sở hữu xe điện vẫn phải vật lộn với "lo lắng về phạm vi hoạt động", nỗi sợ rằng họ sẽ bị mắc kẹt vì không có đủ pin để đến đích. Khi chúng ta gần kết thúc kỷ nguyên động cơ đốt trong, các nhà sản xuất xe điện và nhà cung cấp của họ đang nỗ lực cải thiện thời gian sạc và dung lượng pin.
Các nhà nghiên cứu về Waterloo như Rangom đang dẫn đầu trong nhiều cải tiến này. Nghiên cứu của ông tập trung vào việc cải thiện hiệu suất của các điện cực, tụ điện và pin thể rắn trong tương lai của pin lithium-ion (Li-ion) và natri-ion (Na-ion).
Công việc đang giúp nâng cao khả năng sạc nhanh của pin Li-ion để loại bỏ lo lắng về phạm vi hoạt động và đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang tương lai xe điện của chúng ta. Con đường nghiên cứu pin của Rangom không bắt đầu từ kỹ thuật hóa học mà với bằng kỹ sư cơ khí.
"Niềm đam mê đầu tiên của tôi là xe cộ và tôi muốn cố gắng tạo ra sự khác biệt trong lĩnh vực này," anh nói. "Ngay từ đầu, tôi đã thấy khá rõ ràng rằng tương lai của các phương tiện giao thông sẽ là xe điện. Đó là lúc tôi chuyển sang lĩnh vực kỹ thuật thiết bị lưu trữ điện hóa."
Động cơ điện được sử dụng trong xe điện nhỏ hơn và mạnh hơn so với hầu hết những người anh em chạy bằng khí đốt của chúng. Kích thước nhỏ hơn của động cơ EV cho phép lưu trữ nhiều hơn, đáng chú ý nhất là sự ra đời của "frunk". Cốp xe là tên gọi thông tục của khu vực chứa đồ phía trước được tạo ra nhờ hệ thống truyền động và động cơ của EV được đặt bên dưới xe chứ không phải ở ngăn trước. Nhưng dù tuyệt vời như thế nào, chủ sở hữu EV vẫn phải đối phó với dung lượng pin hạn chế, thời lượng pin và thời gian sạc chậm.
Pin hóa học giống như pin được tìm thấy trong xe điện có hai mặt—cực dương và cực âm. Trong quá trình sạc, một phản ứng hóa học xảy ra trong pin, các electron được giải phóng khỏi cực âm và đi qua mạch về phía cực dương.
Nghiên cứu của Rangom chủ yếu liên quan đến việc cải thiện mặt cực dương, thường sử dụng than chì hoặc silicon. Anh ấy đang khám phá các kiến trúc điện cực thay thế để thay thế các thành phần cấu trúc không dẫn điện của các điện cực ngày nay để đạt được tốc độ sạc nhanh hơn.
"Tôi đang cố gắng không đi lạc khỏi pin lithium-ion vì chúng tôi đã có sẵn rất nhiều cơ sở hạ tầng," ông nói.
