Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Pin sạc hữu cơ rẻ và sạch (07/07/2014)

Các nhà khoa học của Đại học California (Hoa Kỳ) đã phát triển pin hữu cơ trên cơ sở nước có tuổi thọ cao được chế tạo từ các thành phần rẻ và thân thiện với môi trường.

Loại pin mới này - không sử dụng kim loại hay vật liệu độc hại - được thiết kế để sử dụng trong các nhà máy điện, nơi nó có thể làm cho lưới điện ổn định và hiệu quả hơn bằng cách tạo ra các công cụ quy mô lớn để lưu trữ năng lượng cho sử dụng khi cần thiết.

Nghiên cứu của GS Sri Narayan tập trung vào các mặt nền tảng và ứng dụng của biến đổi và lưu trữ năng lượng điện hóa để giảm phát thải cacbon trong sử dụng năng lượng và cung cấp năng lượng thay thế cho nhiên liệu hóa thạch. Ảnh: USC Photo/Gus Ruelas

"Các loại pin mới cho khoảng 5.000 chu kỳ nạp, cho phép chúng hoạt động trong khoảng 15 năm", Sri Narayan, giáo sư hóa học tại Đại học California, cho biết. "Pin ion lithium ion suy giảm hiệu suất sau khoảng 1.000 chu kỳ và chi phí sản xuất cao hơn 10 lần".

"Pin dòng chảy hữu cơ này sẽ là những bộ sạc lưu năng lượng cho lưới điện với ưu điểm đơn giản, chi phí thấp, độ tin cậy và tính bền vững", Prakash nói. Loại pin này có thể mở đường cho các nguồn năng lượng tái tạo đóng góp phần lớn hơn trong sản xuất điện quốc gia. Các tấm pin mặt trời chỉ có thể tạo ra điện năng khi có nắng, còn tua-bin gió  chỉ có thể tạo ra năng lượng khi có gió. Điều này tiềm ẩn sự không tin cậy gây khó khăn cho các công ty điện lực phải dựa vào chúng để đáp ứng nhu cầu khách hàng. Với các pin lưu trữ năng lượng dư thừa và sau đó phát lại khi cần thiết, vấn đề này đã được khắc phục.

"Lưu trữ năng lượng quy mô cực lớn là một vấn đề quan trọng cho tương lai của năng lượng tái tạo, đòi hỏi các giải pháp rẻ tiền và thân thiện với môi", Narayan cho biết.

Pin mới này dựa trên thiết kế dòng chảy oxi hóa khử - tương tự như trong thiết kế cho pin nhiên liệu, với hai khoang chứa vật liệu hoạt động điện hòa tan trong nước. Các dung dịch này được bơm vào ngăn chứa một màng giữa hai chất lỏng với các điện cực ở hai bên, giải phóng năng lượng.

Thiết kế này có ưu điểm là tách điện ra khỏi năng lượng. Các khoang chứa vật liệu hoạt động điện có thể được chế tạo với kích thước lớn theo yêu cầu - tăng tổng năng lượng mà hệ thống có thể lưu trữ - hoặc ngăn trung tâm có thể được điều chỉnh để giải phóng năng lượng nhanh hơn hoặc chậm hơn, thay đổi lượng điện năng (năng lượng phát ra theo thời gian) mà hệ thống có thể sinh ra.

Đột phá trong nghiên cứu của nhóm tập trung vào các vật liệu hoạt động điện. Trong khi các thiết kế pin trước đây đề sử dụng kim loại hoặc hóa chất độc hại, thì Narayan và Prakash muốn tìm một hợp chất hữu cơ có thể hòa tan trong nước. Một hệ thống như vậy sẽ tác động tối thiểu đến môi trường và giá thành sẽ rẻ.

Thông qua sự kết hợp thiết kế phân tử và thử nghiệm lỗi, họ đã thấy rằng một số quinon tự nhiên nhất định - hợp chất hữu cơ bị oxy hóa - phù hợp với yêu cầu. Quinon được thấy trong thực vật, nấm, vi khuẩn và một số động vật và có tham gia vào quang hợp và hô hấp tế bào.

"Đây là những loại phân tử mà thiên nhiên sử dụng để truyền năng lượng", Narayan nói.

Hiện nay, các quinon cần thiết cho pin được sản xuất từ ​​các hydrocacbon tự nhiên. Trong tương lai, có thể lấy được chúng từ carbon dioxide, Narayan nói.

Nguồn: www.vista.vn (Theo Phys.org)