Pin nhôm thế hệ mới thân thiện với môi trường

Ý tưởng này có tiềm năng cho những ứng dụng quy mô lớn, trong đó có cả lưu trữ năng lượng mặt trời và năng lượng gió.

Đây chính là ý tưởng sáng chế của các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Chalmers, Thụy Điển và Viện Hóa học Quốc gia, Slovenia.

Sử dụng công nghệ pin nhôm mang lại một số lợi thế, trong đó mật độ năng lượng lý thuyết rất cao, thực tế hiện nay đã tồn tại một ngành công nghiệp sản xuất nhôm và tái chế. So với pin lithium-ion hiện nay, ý tưởng mới của các nhà nghiên cứu sẽ giúp giảm chi phí sản xuất xuống thấp rõ rệt.

Ông Patrik Johansson, Giáo sư tại Khoa Vật lý tại Đại học Công nghệ Chalmers cho biết: "Chi phí vật chất và tác động môi trường mà chúng ta dự tính từ ý tưởng mới này thấp hơn nhiều so với những gì đang được thực hiện ngày nay. Lợi thế này khiến ý tưởng trở nên khả thi khi ứng dụng ở quy mô lớn, ví dụ như công viên pin mặt trời, hoặc hệ thống pin dự trữ năng lượng gió".

"Ngoài ra, ý tưởng chế tạo pin mới của chúng tôi có mật độ năng lượng lớn gấp đôi so với pin hiện nay."

Các thiết kế trước đây cho pin nhôm sử dụng nhôm làm cực dương (điện cực âm) - và than chì làm cực âm (điện cực dương). Nhưng than chì cung cấp hàm lượng năng lượng quá thấp để khiến các pin điện có hiệu suất cao hữu ích.

Nhưng trong ý tưởng mới, do Patrik Johansson và nhóm nghiên cứu Chalmers, cùng với một nhóm nghiên cứu ở Ljubljana do Robert Dominko dẫn đầu, than chì được thay thế bằng một catốt hữu cơ, có cấu trúc nanô được tạo ra từ anthraquinone phân tử dựa trên các nguyên tử carbon.

Cực âm anthraquinone đã được phát triển rộng rãi bởi nhà nghiên cứu Jan Bitenc, từng là một khách nghiên cứu tại Chalmers, đến từ nhóm các nhà khoa học thuộc Viện Hóa học Quốc gia ở Slovenia.

Ưu điểm của phân tử hữu cơ này trong vật liệu của catốt là cho phép lưu trữ các hạt điện tích dương đến từ chất điện phân, dung dịch mà trong đó các ion di chuyển giữa các điện cực, khiến pin có mật độ năng lượng cao hơn các cấu trúc hiện nay.

Nguyên lý hoạt động của pin nhôm. Ảnh Science Daily

Pin nhôm không khí trong xe ô tô điện. Ảnh Science Daily

"Vì vật liệu catốt mới cho phép sử dụng chất mang điện thích hợp hơn, nên pin có thể sử dụng tiềm năng của aluminium tốt hơn. Hiện nay, nhóm nghiên cứu tiếp tục tìm kiếm chất điện phân tốt hơn. Chất đang sử dụng hiện nay có chứa clo, có hại cho môi trường và chúng tôi muốn loại bỏ điều đó ", Niklas Lindahl, nhà khoa học thuộc Đại học Chalmer, nghiên cứu các cơ chế bên trong chi phối lưu trữ năng lượng trong pin, cho biết.

Cho đến nay, không có pin nhôm thương mại, thậm chí trong giới nghiên cứu, công nghệ này còn khá mới. Vấn đề đặt ra là liệu pin nhôm có thể thay thế pin lithium-ion trên thị trường hay không.

Patrik Johansson nói: "Tất nhiên, chúng tôi hy vọng rằng pin nhôm có thể thay thế hoàn toàn pin hiện tại. Nhưng trước hết, các loại pin này có thể bổ sung cho nhau, để pin lithium-ion chỉ được sử dụng khi cần thiết. Đến thời điểm nay, công suất của pin nhôm chỉ bằng một nửa so với pin lithium-ion, mục tiêu của chúng tôi là đạt được mật độ năng lượng tương tự”.

Ông nói: “Vẫn còn nhiều việc phải làm với chất điện phân và phát triển các cơ chế sạc điện hiệu quả hơn, nhưng về nguyên tắc, nhôm là chất mang điện tích tốt hơn nhiều so với lithium, vì kim loại này đa hóa trị - có nghĩa là một ion 'tiếp nhận' một số electron. Hơn nữa, pin gây hại ít hơn đáng kể cho môi trường nếu so với các loại pin hiện nay đang sử dụng ".