Phát hiện loại 'pin mặt trời lỏng' có thể sạc xả vô hạn, lưu trữ nhiều năm, mật độ gấp đôi pin lithium-ion

Một nhóm nhà khoa học tại Đại học California, Santa Barbara (UCSB) vừa công bố bước đột phá mới trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng khi phát triển thành công loại “pin ADN” có thể hấp thụ ánh sáng mặt trời, lưu trữ năng lượng trong nhiều tháng hoặc nhiều năm rồi giải phóng nhiệt theo yêu cầu.

Công nghệ mới được mô tả như một “pin mặt trời dạng lỏng”, hoạt động mà không cần kết nối lưới điện hay hệ thống pin lithium-ion cồng kềnh. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science và nhanh chóng thu hút sự chú ý trong bối cảnh thế giới đang tìm kiếm các giải pháp lưu trữ năng lượng cho kỷ nguyên AI và năng lượng tái tạo.

Theo nhóm nghiên cứu do Phó giáo sư Grace Han dẫn đầu, hệ thống sử dụng một hợp chất hữu cơ mang tên pyrimidone - cấu trúc được lấy cảm hứng từ ADN tự nhiên. Khi tiếp xúc với tia cực tím từ ánh nắng mặt trời, các phân tử này thay đổi hình dạng và “khóa” năng lượng vào liên kết hóa học ở trạng thái năng lượng cao.

Điểm đáng chú ý là năng lượng có thể được lưu trữ trong thời gian rất dài mà gần như không bị hao hụt. Khi cần sử dụng, chỉ cần một chất xúc tác hoặc một lượng nhiệt nhỏ để kích hoạt, phân tử sẽ quay trở lại trạng thái ban đầu và giải phóng toàn bộ năng lượng dưới dạng nhiệt.

Trong thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, hệ thống đã tạo ra lượng nhiệt đủ lớn để đun sôi nước nhanh chóng ngay trong điều kiện môi trường bình thường. Đây được xem là bước tiến lớn vì các công nghệ lưu trữ nhiệt mặt trời trước đây thường khó đạt được mức nhiệt đủ cao cho ứng dụng thực tế.

Đặc biệt, loại “pin ADN” này đạt mật độ năng lượng khoảng 1,65 megajoule/kg, gần gấp đôi mức khoảng 0,9 MJ/kg của pin lithium-ion truyền thống hiện nay. Điều đó đồng nghĩa công nghệ mới có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn trong cùng một kích thước.

Khác với pin lithium-ion vốn suy giảm hiệu suất theo thời gian, hệ thống phân tử mới có khả năng sạc và xả gần như vô hạn mà không mất dung lượng do phản ứng hóa học có tính đảo ngược cao.

Theo các nhà nghiên cứu, công nghệ này có tiềm năng lớn trong các hệ thống sưởi ngoài lưới điện. Chất lỏng lưu trữ năng lượng có thể được bơm qua các bộ thu nhiệt mặt trời trên mái nhà vào ban ngày, sau đó lưu trong bể chứa để cung cấp nhiệt cho nước nóng hoặc hệ thống sưởi vào ban đêm.

Ngoài dân dụng, công nghệ còn được đánh giá phù hợp cho các ứng dụng ngoài trời và công nghiệp như thiết bị cắm trại, nấu ăn, chống đóng băng hoặc cung cấp nhiệt ở khu vực không có điện lưới.

Hiện nhóm nghiên cứu cũng đang tìm cách kết hợp hệ thống lưu trữ nhiệt phân tử với máy phát nhiệt điện nhằm biến phần nhiệt tích trữ thành điện năng. Trước đó, các nhà khoa học Thụy Điển đã thử nghiệm thành công công nghệ tương tự có thể lưu năng lượng mặt trời tới 18 năm trước khi giải phóng để tạo điện.

Sự xuất hiện của “pin ADN” diễn ra trong bối cảnh nhu cầu lưu trữ năng lượng toàn cầu bùng nổ mạnh do sự phát triển của AI, trung tâm dữ liệu và năng lượng tái tạo. Thị trường pin lưu trữ năng lượng toàn cầu được dự báo có thể vượt 100 tỷ USD trước năm 2030.