Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Pin dòng mới có thể hoạt động hơn một thập kỷ (24/02/2017)

Các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật và Khoa học ứng dụng thuộc trường Đại học Harvard John (SEAS) đã phát triển được một loại pin dòng mới lưu trữ năng lượng trong các phân tử hữu cơ hòa tan trong nước có độ pH trung tính. Đây là loại pin không độc hại, không bị ăn mòn với tuổi thọ đặc biệt dài và có tiềm năng giảm đáng kể chi phí sản xuất.

Pin dòng lưu trữ năng lượng bằng dung dịch lỏng trong các thùng bên ngoài - thùng càng lớn, thì càng tích trữ được nhiều năng lượng. Pin dòng là một giải pháp lưu trữ đầy triển vọng cho năng lượng tái tạo, không liên tục như năng lượng gió và mặt trời, nhưng pin dòng hiện nay thường bị suy giảm công suất tích trữ năng lượng sau nhiều chu kỳ sạc-xả sạc, nên cần phải bảo dưỡng định kỳ chất điện phân để khôi phục công suất.

Bằng cách thay đổi cấu trúc của các phân tử được sử dụng trong dung dịch điện phân âm và dương và làm cho chúng hòa tan trong nước, nhóm nghiên cứu tại Harvard đã có thể thiết kế pin chỉ mất 1% công suất trên 1.000 chu kỳ.

Michael Aziz, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: "Pin Lithium ion thậm chí còn không tồn tại được quá 1000 chu kỳ sạc - xả sạc”.

Theo Roy Gordon, một trong các tác giả nghiên cứu, “Vì chúng tôi đã hòa tan được các chất điện phân trong nước trung tính, nên đây là loại pin lâu dài mà bạn có thể đặt trong tầng hầm. Nếu để pin trên sàn nhà, nó sẽ không ăn mòn bê tông. Vì môi trường không ăn mòn, nên bạn có thể sử dụng các vật liệu rẻ tiền để chế tạo các thành phần của pin như các thùng và hệ thống máy bơm”.

Giảm chi phí sản xuất là điều quan trọng. Bộ Năng lượng (DOE) Hoa Kỳ đã đặt ra mục tiêu chế tạo một loại pin có thể lưu trữ năng lượng với chi phí gần 100 USD/kWh và sẽ làm cho việc lưu giữ năng lượng gió và năng lượng mặt trời có thể cạnh tranh với năng lượng được sản xuất từ các nhà máy điện truyền thống.

"Nếu bạn có thể đạt mức chi phí này ở bất cứ đâu thì bạn có thể thay đổi thế giới", Aziz nói. "Pin sẽ có hiệu quả chi phí khi được sử dụng ở mọi nơi. Nghiên cứu này đưa chúng ta đến gần hơn với mục tiêu đó".

Chìa khóa để thiết kế pin là phải tìm ra lý do vì sao các phân tử trước đây bị suy giảm quá nhanh trong các dung dịch trung tính. Đầu tiên, bằng cách xác định cách phân tử viologen trong chất điện phân âm phân hủy, nhóm nghiên cứu đã có thể thay đổi cấu trúc phân tử để làm cho phân tử chắc chắn hơn. Tiếp theo, nhóm nghiên cứu đã chuyển sang ferrocen, một phân tử nổi tiếng các tính chất điện hóa, cho chất điện phân dương.

"Ferrocene tích điện rất tuyệt vời nhưng lại không hòa tan hoàn toàn trong nước", Beh nói. "Phân tử này đã được sử dụng trong các loại pin khác với các dung môi hữu cơ dễ cháy và đắt đỏ”.

Nhưng bằng cách chức năng hóa các phân tử ferrocen tương tự như với viologen, nhóm nghiên cứu đã biến đổi một phân tử không hòa tan thành một phân tử hòa tan rất tốt, có thể được quay vòng ổn định.

Độ pH trung tính đặc biệt hữu ích trong việc giảm chi phí của màng chọn lọc ion ngăn cách hai mặt của pin. Hầu hết mọi loại pin dòng hiện nay sử dụng polyme đắt tiền, có thể chiếm đến 1/3 tổng chi phí của pin. Với nước muối trên cả hai mặt của màng, polyme đắt tiền có thể được thay thế bằng các hydrocacbon giá rẻ.

Với sự hỗ trợ từ Văn phòng Phát triển Công nghệ (OTD) của Harvard, các nhà khoa học đang phối hợp với một số công ty để mở rộng quy mô công nghệ cho các ứng dụng công nghiệp và để tối ưu hóa các tương tác giữa màng chọn lọc ion và chất điện phân.

Nguồn: http://www.vista.gov.vn