Các nhà khoa học phát triển loại pin mới để tích trữ điện trong thời gian dài với chi phí vật liệu thấp, khoảng 23 USD mỗi kWh.
Pin tích trữ điện thời gian dài có thể được sạc bằng năng lượng tái tạo, sau đó xả năng lượng khi cần vài tháng sau. (Video: Sara Levine/PNNL)
Nhóm nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) thuộc Bộ Năng lượng Mỹ phát triển pin "đóng băng - rã đông" với khả năng "đóng băng" năng lượng để sử dụng sau. Nghiên cứu mới được xuất bản trực tuyến trên tạp chí Cell Reports Physical Science hôm 23/3.
Nguyên mẫu pin thử nghiệm chỉ nhỏ bằng quả bóng khúc côn cầu nhưng có tiềm năng vô cùng lớn. Trong tương lai, mẫu pin mới sẽ giúp lưu trữ năng lượng từ các nguồn không liên tục như nắng và gió trong thời gian dài.
Đầu tiên, pin được sạc bằng cách nung nóng lên 180 độ C khiến các ion chạy qua chất điện phân lỏng để tạo ra năng lượng hóa học. Sau đó, pin được làm nguội xuống nhiệt độ phòng, khóa lại năng lượng của pin. Chất điện phân trở thành dạng rắn và các ion mang năng lượng gần như đứng yên. Khi cần, pin sẽ được nung nóng lại và dòng năng lượng xuất hiện.
Hiện tượng đóng băng - rã đông xảy ra nhờ chất điện phân của pin là muối nóng chảy. Vật liệu này là chất lỏng ở nhiệt độ cao nhưng là chất rắn ở nhiệt độ phòng.
Công nghệ đóng băng - rã đông giúp tránh được một vấn đề quen thuộc với những ai từng "bỏ mặc" ôtô trong thời gian dài, đó là pin tự xả khi không hoạt động. Tốc độ xả nhanh như pin trong phần lớn ôtô hoặc laptop sẽ gây rắc rối cho loại pin được thiết kế để lưu trữ năng lượng trong nhiều tháng. Pin đóng băng - rã đông của PNNL giữ được tới 92% dung lượng qua 12 tuần.
Nhóm nghiên cứu đã tránh các vật liệu hiếm, đắt đỏ và dễ phản ứng. Thay vào đó, họ sử dụng những vật liệu phổ biến và sẵn có. Điện cực anode và cathode lần lượt làm từ nhôm và niken. Các chuyên gia cũng thêm lưu huỳnh, một nguyên tố rẻ và phổ biến, vào chất điện phân để nâng cao khả năng lưu trữ năng lượng của pin. Ngoài ra, họ loại bỏ bộ chia tách bằng gốm sứ giữa anode và cathode, thay bằng sợi thủy tinh. Điều này làm giảm chi phí và giúp pin bền hơn khi trải qua chu kỳ đóng băng - rã đông.
Năng lượng của pin được lưu trữ với chi phí vật liệu khoảng 23 USD mỗi kWh. Nhóm chuyên gia đang nghiên cứu sử dụng sắt, loại vật liệu rẻ hơn, với hy vọng giảm chi phí vật liệu xuống khoảng 6 USD mỗi kWh, thấp hơn khoảng 15 lần so với chi phí vật liệu của pin lithium-ion hiện nay. Mật độ năng lượng lý thuyết của pin là 260 Wh mỗi kg - cao hơn pin axit chì.
Nhóm nghiên cứu cho biết, loại pin được thiết kế để lưu trữ điện theo mùa có thể chỉ sạc và xả một hoặc hai lần mỗi năm. Khác với pin cho ôtô điện, laptop hoặc thiết bị tiêu dùng khác, pin lưu trữ điện không cần trải qua hàng trăm hay hàng nghìn chu kỳ sạc và xả.