Phát minh đột phá của Trung Quốc làm chấn động ngành năng lượng: Pin hoạt động tới 1.700 chu kỳ, chịu nhiệt 140 độ C, tiềm năng thành kho trữ hàng tỷ tấn năng lượng sạch

Các nhà nghiên cứu tại Viện Hóa học Vật lý Đại Liên của Trung Quốc đã đạt được đột phá quan trọng trong công nghệ pin kẽm kim loại dạng dung dịch nước. Nhờ sử dụng chất điện phân đa pha dạng “cát ướt”, loại pin này có thể hoạt động tới 1.700 chu kỳ trong phạm vi nhiệt độ cực rộng.

Nhu cầu lưu trữ năng lượng đang tăng nhanh trong bối cảnh thế giới đẩy mạnh chuyển dịch khỏi nhiên liệu hóa thạch. Điện mặt trời và điện gió tạo ra hàng tấn năng lượng sạch, nhưng sản lượng tăng giảm không ổn định. Điều đó đòi hỏi các giải pháp lưu trữ ổn định và chi phí thấp.

Pin lithium-ion hiện vẫn là công nghệ lưu trữ chủ đạo nhờ mật độ năng lượng cao. Tuy nhiên, giá lithium tăng mạnh khiến chi phí triển khai quy mô lớn ngày càng đắt đỏ. Rủi ro cháy nổ cũng làm hạn chế khả năng mở rộng của công nghệ này.

Pin AZMB được xem là lựa chọn thay thế tiềm năng cho lưu trữ năng lượng quy mô lớn. Loại pin này sử dụng dung dịch điện phân gốc nước chứa muối kẽm. Chi phí nguyên liệu thấp hơn lithium, trong khi mức độ an toàn cao hơn pin lithium-ion.

Dù vậy, pin kẽm điện phân nước chưa được thương mại hóa rộng rãi. Nguyên nhân đến từ các phản ứng phụ trong điện phân nước. Hiện tượng này gây ăn mòn điện cực và làm suy giảm hiệu suất pin. Pin cũng dễ mất ổn định khi hoạt động ở nhiệt độ trên 60 độ C. Quá trình sạc còn tạo ra dendrite kẽm, làm tăng nguy cơ đoản mạch.

Nhóm các nhà nghiên cứu Trung Quốc tại Đại Liên đã phát giải pháp "cát ướt" sáng tạo để giải quyết những vấn đề này. Chất điện phân "cát ướt" đa pha dạng nước (MASSE) giúp tăng độ ổn định bề mặt điện cực và cải thiện khả năng hoạt động của pin ở nhiệt độ cao.

Cấu tạo của MASSE bao gồm việc cố định diethylene glycol và các hạt nano oxit nhôm, giúp hạn chế hoạt động của nước tự do trong pin. Cấu trúc này làm giảm các phản ứng phụ và cho phép kẽm lắng đọng đồng đều hơn trong quá trình sạc. Nhờ đó, pin duy trì hiệu suất ổn định và giảm nguy cơ hư hỏng.

Trong thử nghiệm thực tế, nhóm nghiên cứu đã chế tạo pin hoàn chỉnh và vận hành trong dải nhiệt độ từ nhiệt độ phòng đến 140 độ C. Pin đạt mật độ dòng điện 8 ampe trên mỗi gram và duy trì hoạt động trong 1.700 chu kỳ.

Theo giáo sư Chen Zhongwei, công nghệ MASSE mở ra hướng thiết kế chất điện phân mới cho các hệ thống lưu trữ năng lượng thế hệ tiếp theo. Giải pháp này đặc biệt phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao và khả năng hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt.

Theo IE