Trung Quốc phát triển công nghệ pin sắt bền 16 năm

Nhóm nhà khoa học tại Viện Nghiên cứu Kim loại thuộc Viện hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) phát triển công nghệ pin dòng chảy hoàn toàn bằng sắt, cung cấp một giải pháp bền bỉ và tiết kiệm cho việc lưu trữ năng lượng quy mô lớn. Kết quả nghiên cứu công bố trên tạp chí Advanced Energy Materials cuối tháng 4.

Theo Interesting Engineering, pin dòng chảy sắt có tiềm năng lớn nhờ sử dụng vật liệu rẻ, dồi dào và chất điện phân gốc nước an toàn. Tuy nhiên, con đường thương mại hóa bị cản trở bởi sự thiếu ổn định kỹ thuật ở cực âm. Trong pin này, vật liệu hoạt tính có xu hướng phân rã và rò rỉ qua màng ngăn, làm hao mòn pin nhanh chóng, dẫn đến giảm tuổi thọ.

Để khắc phục, nhóm nghiên cứu sử dụng "thiết kế cộng hưởng" ở cấp độ phân tử, tạo ra phức hợp sắt chuyên biệt đóng vai trò như lớp phòng thủ kép. Theo SCMP, phân tử sử dụng cấu trúc cứng, cồng kềnh để bảo vệ lõi sắt khỏi tác động hóa học, trong khi điện tích âm mạnh tạo ra trường lực đẩy lùi các hạt rò rỉ. Sự kết hợp của những cơ chế này ngăn vật liệu hoạt tính của pin phân rã hay thoát ra ngoài qua màng ngăn, nhờ đó đảm bảo sự ổn định lâu dài.

Nguyên mẫu pin đã chứng minh được độ bền khi ước tính có thể trải qua 6.000 chu kỳ sạc - xả, tương đương hơn 16 năm hoạt động hàng ngày, mà không giảm dung lượng. Trong suốt giai đoạn đó, pin cũng không tạo ra phụ phẩm hay cặn độc hại, đồng thời đạt hiệu suất chống rò rỉ 99,4%. Ngay cả ở công suất đầu ra cao, pin vẫn duy trì được 78,5% hiệu suất năng lượng.

Động lực chính thúc đẩy nghiên cứu về pin dòng chảy toàn sắt là sự chênh lệch giá lớn giữa các nguyên liệu thô. Cụ thể, giá lithium cao hơn 80 lần sắt. Các chuyên gia hy vọng, thay thế lithium đắt đỏ và khan hiếm bằng sắt rẻ và dồi dào giúp việc lưu trữ năng lượng tái tạo trở nên dễ dàng, nhờ đó thúc đẩy công cuộc chuyển đổi năng lượng toàn cầu. Một trong những khó khăn khi chuyển đổi là điện từ gió hay mặt trời vốn không ổn định, cần phương án lưu trữ hiệu quả.

Nghiên cứu mới xuất hiện trong bối cảnh cuộc đua quốc tế nhằm phát triển pin dòng chảy sắt đang tăng tốc và công nghệ này ngày càng được coi là ứng viên thay thế khả thi cho pin lithium-ion trong lưu trữ điện lưới quy mô lớn. Tại Mỹ, một số công ty như ESS Tech đã triển khai hệ thống pin dòng chảy sắt cho các hãng công nghệ như Google.