Ý tưởng mới tạo ra pin thân thiện với môi trường hơn

Một ý tưởng mới cho pin nhôm có mật độ năng lượng gấp đôi so với các phiên bản trước đây, được làm từ nhiều vật liệu và có thể giúp giảm chi phí sản xuất và các tác động xấu tới môi trường.

Ý tưởng này tạo tiềm năng cho các ứng dụng quy mô lớn, bao gồm lưu trữ năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Chalmers (Thụy Điển) và Viện Hóa học Quốc gia Slovenia đứng sau ý tưởng này.

Sử dụng pin nhôm công nghệ có thể mang lại một số ưu điểm, bao gồm mật độ năng lượng lý thuyết cao, và thực tế đã tồn tại ngành công nghiệp để sản xuất và tái chế chúng. So với pin lithium-ion ngày nay, loại pin nhôm của có thể hạ chi phí sản xuất xuống rõ rệt.

“Chi phí sản xuất và những ảnh hưởng môi trường mà chúng ta dự tính từ nghiên cứu mới này thấp hơn nhiều so với những gì chúng ta thấy ngày nay; vì vậy, chúng trở nên khả thi khi sử dụng với quy mô lớn, chẳng hạn như công viên mặt trời hay dự trữ năng lượng gió,” Patrik Johansson (Giáo sư tại Khoa Vật lý Chalmers) nói.

Các thiết kế trước đây cho pin nhôm đã sử dụng nhôm làm cực dương và than chì làm cực âm. Nhưng than chì cung cấp hàm lượng năng lượng quá thấp để tạo ra các pin có hiệu suất đủ để trở nên hữu ích.

Nhưng trong sáng kiến mới, được trình bày bởi Patrik Johansson và Chalmers, cùng với một nhóm nghiên cứu ở Ljubljana do Robert Dominko dẫn đầu, than chì đã được thay thế bằng một catốt có cấu trúc nanô, được tạo ra từ anthraquinone nguyên tử carbon.

Cực âm anthraquinone đã được phát triển rộng rãi bởi Jan Bitenc, trước đây là một nhà nghiên cứu tại Chalmers đến từ nhóm tại Viện Hóa học Quốc gia Slovenia.

Ưu điểm của phân tử hữu cơ này trong vật liệu catốt là cho phép lưu trữ các hạt mang điện tích dương từ chất điện phân, giải pháp trong đó các ion di chuyển giữa các điện cực, giúp mật độ năng lượng cao hơn trong pin.

“Vì vật liệu catốt mới cho phép sử dụng vật chất mang điện thích hợp hơn, nên pin có thể sử dụng tiềm năng của aluminium tốt hơn. Hiện tại, chúng tôi đang tiếp tục công việc bằng cách tìm kiếm chất điện phân tối ưu hơn. Phiên bản hiện tại có chứa clo – chúng tôi muốn loại bỏ điều đó “, nhà nghiên cứu Niklas Lindahl nói.

Cho đến nay không có pin nhôm thương mại và thậm chí trong ngành nghiên cứu chúng còn khá mới. Câu hỏi đặt ra là liệu pin nhôm cuối cùng có thể thay thế pin lithium-ion hay không.

“Tất nhiên, chúng tôi hy vọng về khả năng chúng xảy ra. Nhưng trên hết, chúng có thể bổ sung, đảm bảo rằng pin lithium-ion chỉ được sử dụng khi cần thiết. Cho đến nay, mật độ năng lượng pin nhôm chỉ bằng một nửa so với pin lithium-ion, nhưng mục tiêu dài hạn của chúng tôi là đạt được cùng mật độ năng lượng. Vẫn còn nhiều bước phả i tiến hành với chất điện phân và với việc phát triển cơ chế sạc; nhưng về cơ bản nhôm là chất mang điện tích tốt hơn đáng kể so với lithium, vì nó là đa hóa trị – có nghĩa là mỗi ion ‘bù lại’ cho một số hạt điện từ. Hơn nữa, pin nhôm có khả năng gây hại ít hơn đáng kể tới môi trường “, Patrik Johansson nói.

Phương Huyền

Theo Science Daily