Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Sử dụng kim loại lỏng để chế tạo pin lỏng điện áp cao (02/08/2018)

Pin lỏng có khả năng lưu trữ mật độ năng lượng cao, đặc biệt, nó được xem là một giải pháp đầy hứa hẹn và hữu ích cho các nguồn năng lượng tái tạo. Tuy nhiên, các loại pin lỏng hiện nay vẫn còn nhiều nhược điểm cần khắc phục. Mới đây, một nhóm kỹ sư tại trường Đại học Stanford (Hoa Kỳ) đã phát triển một thế hệ pin lỏng mới có khả năng lưu trữ mât độ năng lượng cao, an toàn, hiệu quả và giá thành thấp bằng phương pháp sử dụng hỗn hợp kim loại có thể duy trì trạng thái lỏng trong điều kiện nhiệt độ phòng.

Trong pin lỏng, cực âm và cực dương ở dạng chất lỏng và được giữ trong bình chứa bên ngoài và được bơm vào pin chính khi cần thiết. Tại đây, hai loại chất lỏng ở hai cực của pin được ngăn cách với nhau bởi một màng lọc cho phép chúng trao đổi các điện tử để duy trì trạng thái nạp hoặc xả năng lượng.

Trong tương lai, thiết bị mới có thể lưu trữ một lượng năng lượng khổng lồ, nhưng các chất hóa học được sử dụng thường độc hại, đắt tiền và khó xử lý. Do đó, nhóm nghiên cứu Stanford đã sử dụng phương pháp kết hợp độc đáo các loại vật liệu để thiết kế dòng pin mới nhằm khắc phục những vấn đề nêu trên.

Các nhà khoa học cho biết yếu tố đầu tiên và quan trọng nhất là việc sử dụng hợp kim của natri và kali ở dạng chất lỏng làm cực âm của pin. Hỗn hợp này có thể duy trì tính chất của một kim loại lỏng trong điều kiện nhiệt độ phòng, và về mặt lý thuyết, nó có khả năng giúp lưu trữ mật độ năng lượng gấp ít nhất là 10 lần so với các loại chất lỏng khác trước đây được từng được sử dụng. Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm bốn loại chất lỏng gốc nước khác nhau làm cực dương của pin.

Vật liệu mới thứ hai được sử dụng trong lớp màng lọc bên trong pin. Cụ thể, các kỹ sư đã tạo ra một lớp màng gốm được làm từ kali và nhôm ôxit, giúp ngăn cách hai lớp chất lỏng ở cực dương và cực âm của pin trong khi vẫn cho phép dòng điện chảy giữa hai cực.

Theo nghiên cứu, sự kết hợp sử dụng dung dịch anolyte (hay còn gọi là nước A hay dung dịch hoạt hóa điện hóa) và màng lọc mới tạo ra mức điện áp ở ngưỡng tối đa gấp đôi so với các dòng pin khác, có nghĩa là khả năng lưu trữ mật độ năng lượng tổng thể tốt hơn và chi phí sản xuất thấp hơn. Nguyên mẫu pin mà nhóm phát triển cũng chứng minh sự ổn định của nó qua hàng ngàn giờ hoạt động.

Antonio Baclig, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: "Chúng tôi tin rằng công nghệ pin mới có thể đáp ứng rất nhiều chỉ số hiệu suất khác nhau, bao gồm: chi phí, tính hiệu quả, kích thước, tuổi thọ, mức độ an toàn, v.v….”.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng khẳng định: trong tương lai, họ sẽ tiến hành tinh chỉnh độ dày của màng lọc hoặc sử dụng chất lỏng không có nước để chế tạo cực âm của pin nhằm cải thiện hơn nữa thiết kế pin. 

Bài báo về nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Joule.

Nguồn: P.K.L (NASATI)/www.vista.gov.vn

Cập nhật: 24/7/2018