myle.vnreview
Writer
Hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn thế hệ tiếp theo hứa hẹn chi phí cực thấp và tuổi thọ kỷ lục.
Theo tờ SCMP, các nhà khoa học Trung Quốc đã đạt được bước đột phá trong công nghệ “pin dòng chảy toàn sắt”, có thể giảm mạnh chi phí lưu trữ năng lượng tái tạo đồng thời kéo dài đáng kể tuổi thọ pin.
Hiện nay, lithium có giá cao hơn sắt hơn 80 lần. Theo các nhà nghiên cứu, pin sắt có thể là giải pháp tiềm năng cho một trong những nút thắt lớn nhất trong quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu.
Một nhóm nghiên cứu từ Viện Nghiên cứu Kim loại thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) đã báo cáo về việc phát triển một chất điện phân có độ ổn định cao, có khả năng duy trì hàng nghìn chu kỳ sạc-xả mà hầu như không bị mất dung lượng.
Đây là một kỷ lục về hiệu suất trong lĩnh vực này. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trực tuyến trên tạp chí Advanced Energy Materials.
“Nó cung cấp một giải pháp chi phí thấp, tuổi thọ cao cho việc lưu trữ năng lượng quy mô lớn,” viện nghiên cứu cho biết trong một thông cáo báo chí ngày 16 tháng 4.
Quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu đang đối mặt với một nút thắt quan trọng trong việc lưu trữ năng lượng không ổn định từ các trang trại năng lượng mặt trời và gió ở quy mô đủ để ổn định lưới điện.
Pin dòng chảy toàn sắt – dựa trên sắt dồi dào, giá rẻ và chất điện phân gốc nước không cháy – đã nổi lên như một ứng cử viên hấp dẫn cho việc lưu trữ lâu dài.
Tuy nhiên, việc ứng dụng thương mại vẫn bị hạn chế bởi sự không ổn định trong chất điện phân gốc sắt ở phía cực âm của pin, nơi các vật liệu hoạt tính bị phân hủy và rò rỉ qua màng, làm giảm đáng kể tuổi thọ hoạt động.
Nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã giải quyết thách thức này ở cấp độ phân tử với cái mà họ mô tả là chiến lược “thiết kế hiệp đồng”. Trọng tâm của phương pháp này là một phức hợp sắt mới được thiết kế, hoạt động như cả một lớp chắn cấu trúc và một rào cản tĩnh điện.
Khung phân tử cồng kềnh, cứng nhắc của nó cung cấp sự bảo vệ không gian, ngăn chặn các ion hydroxit tấn công trung tâm sắt. Đồng thời, điện tích âm dày đặc của phân tử tạo ra một “trường lực” tĩnh điện đẩy lùi các phân tử mang điện tích tương tự, ngăn chặn hiệu quả vật liệu hoạt tính đi qua màng.
“Lần đầu tiên chúng tôi kết hợp lực cản không gian cao với giao diện mang điện tích âm,” nhà nghiên cứu chính Tang Ao viết trong bài báo khoa học. “Cơ chế bảo vệ kép này giải quyết cả sự suy thoái và sự xuyên màng ở cấp độ phân tử, vốn từ lâu đã hạn chế tuổi thọ của pin dòng chảy dựa trên sắt.”
Trong một thông cáo báo chí, CAS lưu ý, “pin hoạt động ổn định trong hơn 6.000 chu kỳ mà không bị suy giảm dung lượng. Sau 6.000 chu kỳ, không có hiện tượng kết tủa, không có sự tích tụ sản phẩm phụ và cả cấu trúc lẫn khả năng đảo ngược đều được giữ nguyên.”
Kết quả thử nghiệm, tương đương với hơn 16 năm sử dụng hàng ngày, đạt hiệu suất Coulomb trung bình là 99,4%, cho thấy phản ứng phụ tối thiểu, và duy trì hiệu suất năng lượng 78,5% ngay cả khi công suất đầu ra cao.
Đáng chú ý, thiết kế mới đã giảm tỷ lệ xuyên màng vật liệu hoạt tính xuống hai bậc độ lớn so với các hệ thống thông thường.
Bước tiến này diễn ra trong bối cảnh các nỗ lực toàn cầu đang được tăng cường để phát triển pin dòng chảy dựa trên sắt, được xem là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho hệ thống lithium-ion trong lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện.
Tại Hoa Kỳ, ESS Tech đã thúc đẩy thiết kế pin dòng chảy sắt axit gần đến giai đoạn thương mại hóa, mặc dù vẫn còn những thách thức như sự phát sinh hydro và sự hình thành dendrite – sự phát triển của các tinh thể kim loại hình kim trên cực dương trong quá trình sạc.
Trong khi đó, các nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Georgia và Viện Bách khoa Worcester đang khám phá các hóa chất và kiến trúc hệ thống thay thế.
Ngược lại, bước tiến của CAS tập trung vào hệ thống kiềm và sử dụng kỹ thuật phân tử chính xác để mang lại tuổi thọ chu kỳ cực dài.
Theo thông cáo báo chí từ CAS, “Nghiên cứu này thiết lập một bộ tiêu chí thiết kế hoàn toàn mới cho chất điện phân dựa trên sắt.”
Độ bền như vậy có thể đóng vai trò quyết định trong việc giảm chi phí vòng đời, một chỉ số quan trọng đối với các hệ thống lắp đặt quy mô lưới điện, nơi pin phải hoạt động đáng tin cậy trong nhiều thập kỷ.
Theo tờ SCMP, các nhà khoa học Trung Quốc đã đạt được bước đột phá trong công nghệ “pin dòng chảy toàn sắt”, có thể giảm mạnh chi phí lưu trữ năng lượng tái tạo đồng thời kéo dài đáng kể tuổi thọ pin.
Hiện nay, lithium có giá cao hơn sắt hơn 80 lần. Theo các nhà nghiên cứu, pin sắt có thể là giải pháp tiềm năng cho một trong những nút thắt lớn nhất trong quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu.
Một nhóm nghiên cứu từ Viện Nghiên cứu Kim loại thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) đã báo cáo về việc phát triển một chất điện phân có độ ổn định cao, có khả năng duy trì hàng nghìn chu kỳ sạc-xả mà hầu như không bị mất dung lượng.
Đây là một kỷ lục về hiệu suất trong lĩnh vực này. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trực tuyến trên tạp chí Advanced Energy Materials.
“Nó cung cấp một giải pháp chi phí thấp, tuổi thọ cao cho việc lưu trữ năng lượng quy mô lớn,” viện nghiên cứu cho biết trong một thông cáo báo chí ngày 16 tháng 4.
Quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu đang đối mặt với một nút thắt quan trọng trong việc lưu trữ năng lượng không ổn định từ các trang trại năng lượng mặt trời và gió ở quy mô đủ để ổn định lưới điện.
Pin dòng chảy toàn sắt – dựa trên sắt dồi dào, giá rẻ và chất điện phân gốc nước không cháy – đã nổi lên như một ứng cử viên hấp dẫn cho việc lưu trữ lâu dài.
Tuy nhiên, việc ứng dụng thương mại vẫn bị hạn chế bởi sự không ổn định trong chất điện phân gốc sắt ở phía cực âm của pin, nơi các vật liệu hoạt tính bị phân hủy và rò rỉ qua màng, làm giảm đáng kể tuổi thọ hoạt động.
Nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã giải quyết thách thức này ở cấp độ phân tử với cái mà họ mô tả là chiến lược “thiết kế hiệp đồng”. Trọng tâm của phương pháp này là một phức hợp sắt mới được thiết kế, hoạt động như cả một lớp chắn cấu trúc và một rào cản tĩnh điện.
Khung phân tử cồng kềnh, cứng nhắc của nó cung cấp sự bảo vệ không gian, ngăn chặn các ion hydroxit tấn công trung tâm sắt. Đồng thời, điện tích âm dày đặc của phân tử tạo ra một “trường lực” tĩnh điện đẩy lùi các phân tử mang điện tích tương tự, ngăn chặn hiệu quả vật liệu hoạt tính đi qua màng.
“Lần đầu tiên chúng tôi kết hợp lực cản không gian cao với giao diện mang điện tích âm,” nhà nghiên cứu chính Tang Ao viết trong bài báo khoa học. “Cơ chế bảo vệ kép này giải quyết cả sự suy thoái và sự xuyên màng ở cấp độ phân tử, vốn từ lâu đã hạn chế tuổi thọ của pin dòng chảy dựa trên sắt.”
Trong một thông cáo báo chí, CAS lưu ý, “pin hoạt động ổn định trong hơn 6.000 chu kỳ mà không bị suy giảm dung lượng. Sau 6.000 chu kỳ, không có hiện tượng kết tủa, không có sự tích tụ sản phẩm phụ và cả cấu trúc lẫn khả năng đảo ngược đều được giữ nguyên.”
Kết quả thử nghiệm, tương đương với hơn 16 năm sử dụng hàng ngày, đạt hiệu suất Coulomb trung bình là 99,4%, cho thấy phản ứng phụ tối thiểu, và duy trì hiệu suất năng lượng 78,5% ngay cả khi công suất đầu ra cao.
Đáng chú ý, thiết kế mới đã giảm tỷ lệ xuyên màng vật liệu hoạt tính xuống hai bậc độ lớn so với các hệ thống thông thường.
Bước tiến này diễn ra trong bối cảnh các nỗ lực toàn cầu đang được tăng cường để phát triển pin dòng chảy dựa trên sắt, được xem là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho hệ thống lithium-ion trong lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện.
Tại Hoa Kỳ, ESS Tech đã thúc đẩy thiết kế pin dòng chảy sắt axit gần đến giai đoạn thương mại hóa, mặc dù vẫn còn những thách thức như sự phát sinh hydro và sự hình thành dendrite – sự phát triển của các tinh thể kim loại hình kim trên cực dương trong quá trình sạc.
Trong khi đó, các nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Georgia và Viện Bách khoa Worcester đang khám phá các hóa chất và kiến trúc hệ thống thay thế.
Ngược lại, bước tiến của CAS tập trung vào hệ thống kiềm và sử dụng kỹ thuật phân tử chính xác để mang lại tuổi thọ chu kỳ cực dài.
Theo thông cáo báo chí từ CAS, “Nghiên cứu này thiết lập một bộ tiêu chí thiết kế hoàn toàn mới cho chất điện phân dựa trên sắt.”
Độ bền như vậy có thể đóng vai trò quyết định trong việc giảm chi phí vòng đời, một chỉ số quan trọng đối với các hệ thống lắp đặt quy mô lưới điện, nơi pin phải hoạt động đáng tin cậy trong nhiều thập kỷ.
