Phát minh pin nước lập kỷ lục 120.000 lần sạc, tuổi thọ có thể vượt 300 năm

Trong nhiều năm qua, pin lithium ion vẫn là công nghệ lưu trữ năng lượng chủ đạo nhờ hiệu suất cao và kích thước nhỏ gọn. Tuy nhiên, loại pin này cũng đi kèm nhiều vấn đề như chi phí đắt đỏ, nguy cơ cháy nổ và áp lực xử lý rác thải độc hại sau khi hết vòng đời sử dụng.

Một nhóm nghiên cứu đến từ Trung Quốc và Hồng Kông mới đây đã gây chú ý khi phát triển thành công loại pin nước thế hệ mới với chất điện phân có thành phần gần giống dung dịch nước muối dùng trong quá trình sản xuất đậu phụ.

Điểm đáng chú ý nhất của công nghệ nằm ở việc sử dụng chất điện phân trung tính thay cho các dung dịch axit hoặc kiềm mạnh vốn có tính ăn mòn cao. Hỗn hợp mới được tạo từ nước cùng các muối magiê và canxi, những hợp chất rất phổ biến trong tự nhiên và thậm chí còn xuất hiện trong quy trình làm đông đậu phụ.

Nhờ duy trì độ pH trung tính ở mức 7, hệ thống có thể hạn chế đáng kể hiện tượng ăn mòn điện cực cũng như các phản ứng phụ dễ dẫn đến quá nhiệt hoặc cháy nổ, vốn là vấn đề cố hữu của nhiều dòng pin nước trước đây.

Không chỉ thay đổi chất điện phân, nhóm nghiên cứu còn phát triển một loại điện cực âm đặc biệt làm từ polymer hữu cơ cộng hóa trị, gọi tắt là COP. Vật liệu này có cấu trúc dạng “giàn giáo phân tử” với nhiều khoảng rỗng, giúp các ion magiê và canxi di chuyển ổn định trong quá trình sạc xả, từ đó cải thiện đáng kể tuổi thọ pin.

Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống vẫn giữ được hơn 72% dung lượng sau 120.000 chu kỳ sạc. Nếu quy đổi theo điều kiện vận hành thực tế của lưới điện, với tần suất sạc xả khoảng 1 lần/ngày, tuổi thọ lý thuyết của loại pin này có thể vượt 300 năm.

Dù con số thực tế chắc chắn sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, độ ẩm và nhiều yếu tố môi trường khác, độ bền mà loại pin này đạt được vẫn vượt xa phần lớn công nghệ lưu trữ hiện nay.

Tuy vậy, pin nước mới chưa phải giải pháp hoàn hảo. Điểm hạn chế lớn nhất nằm ở mật độ năng lượng tương đối thấp, chỉ đạt khoảng 48,3 Wh/kg, tương đương gần 1/3 pin lithium ion thông thường. Điều đó đồng nghĩa để lưu trữ cùng một lượng điện, hệ thống sẽ cần kích thước và khối lượng lớn hơn đáng kể.

Nhưng với các trạm lưu trữ năng lượng cố định đặt cạnh trang trại điện gió hoặc điện mặt trời, yếu tố kích thước không quá quan trọng so với lợi ích về độ an toàn, độ bền và chi phí bảo trì thấp.

Một ưu điểm đáng chú ý khác là tác động môi trường tương đối thấp. Theo nhóm nghiên cứu, chất điện phân sau sử dụng không chứa kim loại nặng và đáp ứng các tiêu chuẩn xử lý nghiêm ngặt của Mỹ. Điều này có thể giúp giảm đáng kể lượng rác thải công nghiệp phát sinh từ các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn trong tương lai.

Dù vẫn cần thêm thời gian để thương mại hóa, loại pin “nước muối đậu phụ” đang cho thấy tiềm năng trở thành một giải pháp lưu trữ điện an toàn, bền vững và thân thiện hơn với môi trường. Công nghệ này cũng cho thấy đôi khi những đột phá lớn nhất lại đến từ các vật liệu đơn giản và quen thuộc nhất.

Theo ZME Science