Pin lithium hiện vẫn là công nghệ lưu trữ năng lượng phổ biến nhất hiện nay, song mức giá cao, áp lực về chuỗi cung ứng nguyên liệu và nguy cơ cháy nổ khiến loại pin này chưa phải giải pháp tối ưu cho các hệ thống lưu trữ quy mô lớn.
Trong bối cảnh đó, các nhà nghiên cứu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc vừa công bố một bước tiến đáng chú ý trong phát triển pin dòng chảy hoàn toàn bằng sắt, còn gọi là pin sắt. Công nghệ mới sử dụng vật liệu sắt có trữ lượng dồi dào, giá thành thấp cùng chất điện phân gốc nước an toàn hơn đáng kể so với các dung môi hữu cơ dễ cháy.
Theo công bố trên tạp chí khoa học Advanced Energy Materials, mẫu pin này có thể vận hành hơn 6.000 chu kỳ sạc - xả mà gần như không ghi nhận sự suy giảm đáng kể về dung lượng. Nếu sử dụng mỗi ngày, tuổi thọ lý thuyết của hệ thống có thể tương đương khoảng 16 năm.
Một trong những ưu điểm nổi bật nhất của công nghệ này là nguyên liệu sắt có giá rẻ hơn gần 80 lần so với lithium ở dạng thô. Tuy nhiên, điều đó không đồng nghĩa toàn bộ hệ thống pin sắt sẽ rẻ hơn 80 lần so với pin lithium, bởi chi phí còn bao gồm nhiều thành phần khác như bể chứa dung dịch, màng lọc, máy bơm tuần hoàn và hệ thống điều khiển điện tử.
Khác với pin sử dụng trong điện thoại, máy tính xách tay hay xe điện, pin dòng chảy hoạt động dựa trên chất điện phân dạng lỏng được lưu trữ trong các bể chứa riêng, sau đó bơm qua các cell pin để tạo và lưu trữ điện năng. Cấu trúc này khiến pin sắt phù hợp hơn với các hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời, điện gió hoặc các trạm cân bằng lưới điện quy mô lớn.
Dù công nghệ pin sắt đã được nghiên cứu trong nhiều năm, hạn chế lớn nhất trước đây là hiệu suất suy giảm nhanh và khả năng đảo ngược phản ứng chưa cao. Để khắc phục, nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã thiết kế lại cấu trúc chất điện phân ở cấp độ phân tử, tạo ra hợp chất có khả năng bảo vệ trung tâm sắt, hạn chế sự tấn công của hydroxit và cải thiện đáng kể độ ổn định trong quá trình vận hành.
Ngoài ra, việc sử dụng chất điện phân gốc nước cũng giúp công nghệ này gần như loại bỏ nguy cơ cháy nổ - vấn đề vốn là một trong những điểm yếu lớn của pin lithium hiện nay.
Mặc dù các kết quả trong phòng thí nghiệm được đánh giá rất khả quan, giới chuyên môn cho rằng vẫn cần thêm thời gian để kiểm chứng khả năng vận hành khi mở rộng ra hệ thống thương mại thực tế. Đến nay, nhóm nghiên cứu vẫn chưa công bố dự án thí điểm hay kế hoạch sản xuất quy mô công nghiệp.
Dẫu vậy, nếu vượt qua được rào cản thương mại hóa, pin sắt giá rẻ, an toàn và bền bỉ có thể trở thành lời giải quan trọng cho bài toán lưu trữ năng lượng tái tạo, đặc biệt trong những thời điểm mặt trời không chiếu sáng hoặc gió suy yếu.
Bình luận
0