Vật liệu nano cải tiến điện cực pin dòng lai

Các nhà khoa học thuộc Tập đoàn Sản xuất Warwick (WMG) thuộc Đại học Warwick Anh, phối hợp với đồng nghiệp từ Đại học Hoàng gia London, thành công cải tiến ba tế bào pin dòng lai bằng giải pháp sử dụng graphene pha tạp nitơ - các tấm graphene chịu tác động của plasma nitơ, sử dụng kỹ thuật điện di không có chất kết dính ( EPD) kỹ thuật.

Kỹ thuật mới có khả năng mở ra một tương lai ứng dụng rộng rãi hơn và những nguồn năng lượng tái tạo như điện sóng, điện gió và điện mặt trời - hiện đang có hạn chế do không cấp điện liên tục, gây khó khăn cho việc kết nối những nguồn này vào lưới điện quy mô quốc gia.

Các nhà khoa học đề xuất ý tưởng nhằm giải quyết hạn chế này là sử dụng công nghệ pin thời lượng dài, pin dòng oxy hóa khử. Nhưng dù có tuổi thọ vòng đời và hiệu suất cao, nhưng chi phí sản xuất cao trở thành những hạn chế trong việc áp dụng rộng rãi.

Theo dữ liệu từ Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, một tấm pin hòa lưới có giá hợp lý là khoảng 75 bảng Anh/kWh hoặc 102,61USD/kWh. Pin lithium-ion, hiện đang là một trong những lựa chọn lưu trữ năng lượng cho điện lưới phổ biến nhất, có giá khoảng 130 bảng Anh/kWh hoặc gần 88USD/kWh.

Nhóm WMG đã giới thiệu chi tiết giải pháp mới sản xuất và phát triển pin dòng lai ghép (hybrid).

Các nhà khoa học gọi giải pháp này là công nghệ pin nhiên liệu tái tạo (RFC), loại pin này có khả năng lưu trữ điện trong thời gian dài hơn với giá thành chỉ bằng khoảng 1/5 so với công nghệ lưu trữ năng lượng hiện tại. Hơn thế nữa, những loại pin này rất linh hoạt trong lắp đặt và hầu như không gây ô nhiễm môi trường.

Các nhà khoa học sử dụng những điện cực, chế tạo từ carbon với các vật liệu điện phân chi phí rẻ như lưu huỳnh hoặc mangan, có nhiều trong tự nhiên trong kỹ thuật mới và sử dụng phương pháp lắng đọng điện di (EPD) đơn giản nhưng hiệu quả, đưa vào điện cực những chất phụ gia vật liệu nano carbon (ứng dụng graphene pha tạp nitơ). Công nghệ này tăng cường đáng kể độ bền và hiệu suất làm việc của điện cực ngay cả trong môi trường có tính axit hoặc kiềm cao.

Nguyên lý hoạt động Pin dòng oxy hóa khử lai kẽm-Vanadi (Zn-V) mới.

Theo TS Barun Chakrabarti, một trong những tác giả chính của công trình khoa học, nghiên cứu viên của WMG, kỹ thuật EPD không chỉ đơn giản mà còn cải thiện đáng kể hiệu quả của 3 loại pin lai ghép giá thành hạ khác nhau, làm tăng tiềm năng áp dụng thương mại rộng rãi cho việc lưu trữ năng lượng quy mô điện lưới.

Các nhà nghiên cứu cho biết, so với những công nghệ pin khác như pin lithium-ion, pin dòng lai ghép có tổng chi phí hóa học chỉ khoảng bằng 1/130.

Mở rộng quy mô ứng dụng công nghệ mới này cho phép lưu trữ điện từ các nguồn năng lượng tái tạo từ vài ngày đến theo mùa với giá thành khoảng 15 - 20 Bảng Anh (20 - 27USD) cho mỗi kWh

Hơn nữa, pin mới có thể được sử dụng cho những công trình điện dân dụng quy mô lưới do tính linh hoạt trong thiết kế và khả năng định cỡ điện năng hòa lưới độc đáo, không phụ thuộc vào dung lượng.

Pin dòng lai ghép (hybrid), đặc biệt là những loại sử dụng S-Air hoặc polysulphide/không khí, có mật độ năng lượng lớn hơn 500 lần so với thủy điện tích năng. Thiết kế nhỏ gọn của pin cho phép lắp đặt  hầu như ở bất cứ đâu gần nguồn điện tái tạo hoặc thủy điện.