Pin Mới Dựa Trên Nước Sẽ Cho Khả Năng Lưu Trữ Năng Lượng Quy Mô Lớn

Pin Mới Dựa Trên Nước Sẽ Cho Khả Năng Lưu Trữ Năng Lượng Quy Mô Lớn

Như đã biết, việc lưu trữ điện trên quy mô lớn xuất phát từ nhu cầu của thị trường năng lượng. Sau nhiều năm nghiên cứu, khoảng đầu tháng 05/2018, các nhà khoa học đã tạo ra một loại pin mới dựa trên nước, để cung cấp khả năng lưu trữ năng lượng với quy mô lớn.

Theo đó, khả năng lưu trữ của các loại pin hiện hành hầu như không theo kịp với tốc độ phát triển của công nghệ, và ngày càng có nhiều nghiên cứu mới nhằm tìm ra những giải pháp khả thi hơn. Các nhà khoa học từ Stanford đã phát triển loại pin mới dựa trên nước có khả năng lưu trữ năng lượng sạch. Pin sạc hydro-mangan được thiết kế để lưu trữ cho các mạng năng lượng với ưu điểm dung lượng lưu trữ lớn, tuổi thọ cao và chi phí thấp hơn. Việc lưu trữ điện quy mô lớn xuất phát từ nhu cầu của thị trường năng lượng. Hiện nay, các loại pin lưu trữ như lithium-ion, acid-chì, oxi hóa khử và pin kim loại lỏng vẫn chưa thể đáp ứng nhu cầu lưu trữ của một mạng năng lượng quy mô lớn.

Cấu trúc lý tưởng sẽ phải tích lũy rất nhiều năng lượng trong một khối lượng nhỏ và chi phí sẽ phải ít hơn 100 USD cho mỗi kWh. Yi Cui, giáo sư về khoa học vật liệu và kỹ thuật tại Đại học Stanford cho rằng loại pin mới còn phải đáp ứng được tiêu chí tuổi thọ dài hơn các pin hiện tại. Ông cho biết: “Nó phải đáp ứng được khoảng 10,000 chu kỳ tải và tuổi thọ có thể lên đến 25 năm”. Tuy nhiên, tất cả các loại pin đều không đáp ứng được yêu cầu. Chẳng hạn như công nghệ lithium-ion có mật độ năng lượng cao, trên 200 Wh/7kg, nhưng vẫn rất đắt.

Trong khi đó, một số loại pin có chi phí thấp lại gặp phải vấn đề chỉ đáp ứng được khoảng 500 chu kỳ và mật độ năng lượng của chúng cũng không cao. Khuyết điểm cũng được tìm thấy trên một số giải pháp pin dựa trên chất lỏng mới.

Một giải pháp thay thế cho pin cổ điển là dùng pin mangan hydro mới, nó được các nhà khoa học gọi là pin dựa trên nước. Loại pin mới được tạo ra bởi một nhóm các nhà hóa học do Yin Cui dẫn đầu. Nguyên mẫu thử nghiệm bao gồm một cathode bằng sợi cacbon được chèn vào một hình trụ bằng thép và quấn quanh một cực dương cacbon nhỏ, được làm bằng bạch kim. Không gian giữa 2 điện cực được làm đầy với dung dịch nước chứa mangan sulfat, một loại muối công nghiệp rẻ tiền.

Trong quá trình sạc, các ion mangan đi từ dung dịch đến cực âm, nơi chúng kết hợp với oxy để trở thành mangan dioxit rắn. Đồng thời, bạch kim trong anôt xúc tác phản ứng sản xuất hydro từ nước. Quá trình được đảo ngược trong chu kỳ xả: các ion mangan hòa tan trong chất điện phân, hydro được oxy hóa để tạo thành nước và các electron đi qua mạch bên ngoài.

Giáo sư Yi Cui giải thích: “Những gì chúng tôi đã làm chỉ đơn giản là thêm một muối đặc biệt vào nước, nhúng một điện cực vào dung dịch và tạo ra một phản ứng hóa học có thể đảo ngược để lưu trữ các electron dưới dạng hydro”. Loại pin nước mới có điện áp xả gần 1.3 V và tuổi thọ hơn 10,000 chu kỳ mà không bị suy yếu. Nó cũng có mật độ năng lượng khoảng 139 Wh/kg và mật độ thể tích 210 Wh/l.

Nghiên cứu mới hiện vẫn đang ở trong giai đoạn đầu. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng bạch kim làm chất xúc tác nên việc sản xuất ở quy mô lớn sẽ rất tốn kém. Do đó, bước tiếp theo sẽ là thử các chất xúc tác rẻ hơn, để giảm tổng chi phí xuống dưới 100 USD mỗi kWh.