10 công nghệ ắc quy pin mới sẵn sàng phá vỡ thị trường trong thập kỷ tới và mở ra làn sóng pin hiệu suất cao tiếp theo.
Dưới đây là cái nhìn cấp cao về kết quả báo cáo, bao gồm đánh giá về các công nghệ pin này có giá trị nhất đối với khả năng lưu trữ cộng thêm bằng năng lượng mặt trời.
1. Pin dựa trên silicon (Silicon-based batteries)
Pin Li-ion theo truyền thống thường sử dụng cực dương bằng than chì, nhưng các nhà nghiên cứu và các công ty hiện đang tập trung vào cực dương silicon. Các cực dương chiếm ưu thế của Si có thể liên kết ion Li-ion nhiều hơn gấp 25 lần so với các ion graphit. Tuy nhiên, những loại pin này có độ dẫn điện thấp, tốc độ khuếch tán chậm và biến động thể tích lớn trong quá trình nung chảy. Những hạn chế này dẫn đến sự tạo thành bột Si và sự không ổn định của pha điện phân rắn (SEI).
Hai chiến lược chính đã được sử dụng để vượt qua những thách thức này: công nghệ nano và lớp phủ carbon.
Pin làm từ Si đã tạo ra rất nhiều sự quan tâm thương mại do có tiềm năng chi phí thấp và nâng cao khả năng cho ô tô và điện thoại thông minh. Sự cạnh tranh rất khốc liệt, với nhiều công ty khởi nghiệp ở Mỹ, bao gồm Sila Nanotechnologies , Enovix , Angstron Materials và Enevate, để thương mại hóa pin Li-Ion chiếm ưu thế của Si.
2. Công nghệ ắc quy pin lưu huỳnh natri (RT-NaS) nhiệt độ phòng
Một trong những lựa chọn thay thế hứa hẹn nhất cho pin lithium-lưu huỳnh là pin natri-lưu huỳnh, do các đặc tính vật lý và hóa học tương tự nhau của các ion Na và Li.
- Tuy nhiên, nhiệt độ cao (> 300 ° C) là cần thiết cho hoạt động của pin.
- Là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn, hệ thống pin RT-NaS chi phí thấp đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu rộng rãi để sử dụng trong các ứng dụng lưới điện quy mô lớn với độ an toàn được nâng cao.
- Tuy nhiên, do các phản ứng phức tạp bên trong pin, pin RT-NaS có dung lượng lý thuyết thấp hơn.
Nhiều cách tiếp cận khác nhau đã được sử dụng trong năm 2018 để giải quyết các vấn đề của pin RT-NaS.
Một nhóm các nhà nghiên cứu tại MIT do Tiến sĩ Sadoway đứng đầu đã tập trung vào công nghệ màng để giải quyết vấn đề về tính chất giòn và dễ vỡ của màng điện phân gốm alumin beta giữa các thành phần cực dương và cực âm của RT-NaS.
Họ đã chứng minh rằng lưới thép được phủ bằng dung dịch nitrua titan có chức năng là vật liệu bền hơn và linh hoạt hơn cho các hệ thống lưu trữ quy mô công nghiệp. Phương pháp này mở ra con đường mới cho thiết kế pin, vì nó cũng có thể được áp dụng cho các nhà máy hóa học pin điện cực nóng chảy khác.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Wollongong, Australia, tập trung vào thiết kế điện cực. Họ đã chế tạo một cực âm lưu huỳnh hiệu quả với Cobalt nguyên tử được neo trong các vi hạt của các hạt nano carbon rỗng. Cực âm tổng hợp đã thể hiện hiệu suất điện hóa tuyệt vời.
Trong nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí “Nature”, các nhà khoa học đã sử dụng chất điện phân cacbonat đa chức năng với hiệu suất điện hóa cao và tăng độ an toàn. Cách tiếp cận này có thể được áp dụng cho một loạt các hệ thống pin sạc lại dựa trên Na để phát triển các thiết bị lưu trữ năng lượng hiệu suất cao và chi phí thấp.
Mặc dù pin RT-NaS vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu, nhưng các công ty như Ambri, một công ty sản xuất ra từ MIT do Tiến sĩ Sadoway đứng đầu, đang nỗ lực cải tiến thiết kế pin. Thế hệ tiếp theo của công nghệ ắc quy pin lưu trữ năng lượng dựa trên NaS có thể sớm trở thành hiện thực với những nỗ lực nghiên cứu liên tục và cách tiếp cận được thảo luận ở trên.
3. Công nghệ ắc quy pin proton (Proton batteries)
Nhiều nỗ lực nghiên cứu đã được dành cho việc tạo ra các tế bào nhiên liệu màng trao đổi proton (PEM) hiệu suất cao . Tuy nhiên, khả năng tồn tại của pin nhiên liệu PEM là một thách thức do chi phí cao, vận chuyển và lưu trữ khí hydro.
Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học RMIT gần đây đã lần đầu tiên báo cáo tính khả thi về mặt kỹ thuật của pin proton. Nó bao gồm hai phần:
- Một điện cực carbon để lưu trữ hydro hoặc proton từ nước
- Một pin nhiên liệu PEM có thể đảo ngược để tạo ra điện từ hydro.
Thiết kế công nghệ ắc quy pin là sáng tạo, vì nó sử dụng than hoạt tính cho điện cực, rẻ, dồi dào và ổn định về cấu trúc để lưu trữ hydro và một lượng nhỏ axit lỏng bên trong vật liệu xốp dẫn proton đến và đi từ màng của tế bào thuận nghịch. Với pin này, có thể đạt được điện áp 1,8 V.
Nguồn dịch: Solar Power World Online
Xem thêm: 10 công nghệ ắc quy pin đột phá đang cạnh tranh với pin lithium-ion (P2)
