Jimmy Jiang hình dung ra một tương lai trong đó mọi ngôi nhà đều được cung cấp năng lượng tái tạo được lưu trữ trong pin—có lẽ ngay cả những loại pin mà ông và các học trò của mình đang thiết kế ngày nay.
Đặc tính điện hóa của vật liệu có hoạt tính oxi hóa khử. a Vôn kế tuần hoàn của kim loại Li trong BMP-TFSI/LiTFSI (0,1 M) (với điện cực làm việc Li-metal, điện cực đếm bạch kim và Ag/Ag + điện cực tham chiếu) và vật liệu catốt hoạt tính oxi hóa khử bao gồm Tri-TEMPO (5 mM), C3-PTZ (5 mM) hoặc CP (5 mM) trong dung dịch FEC/LiClO 4 (0,1 M) (với điện cực làm việc bằng carbon thủy tinh (GC), điện cực đếm bạch kim và điện cực tham chiếu Ag/Ag + ). b – d Độ ổn định vôn kế tuần hoàn của Tri-TEMPO, C3-PTZ và CP trong FEC/LiClO 4 (0,1 M) dung dịch. Tất cả các phép đo CV được thực hiện trong môi trường khí argon trơ (ở 27°C) với tốc độ quét 50 mV/s. Nhà cung cấp: Truyền thông Tự nhiên (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-40374-y
Trong phòng thí nghiệm hóa học của mình, Jiang và các sinh viên tại Đại học Cincinnati đã tạo ra một loại pin mới có thể có ý nghĩa sâu sắc đối với việc lưu trữ năng lượng quy mô lớn cần thiết cho các trang trại gió và mặt trời.
Jiang cho biết những đổi mới như của UC sẽ có tác động sâu sắc đến năng lượng xanh. Pin lưu trữ năng lượng tái tạo khi cần thiết, không chỉ khi nó được sản xuất. Ông nói: Điều này rất quan trọng để tận dụng tối đa năng lượng gió và mặt trời.
Ông nói: “Việc tạo ra năng lượng và tiêu thụ năng lượng luôn không khớp nhau. “Đó là lý do tại sao việc có một thiết bị có thể lưu trữ năng lượng đó tạm thời và giải phóng nó khi cần thiết là rất quan trọng.”
Họ mô tả thiết kế mới lạ của mình trên tạp chí Nature Communications .
Pin ô tô truyền thống chứa hỗn hợp axit sulfuric và nước. Và mặc dù chúng không tốn kém và được làm từ những vật liệu sẵn có nhưng chúng có những hạn chế nghiêm trọng khi sử dụng trong công nghiệp hoặc quy mô lớn. Chúng có mật độ năng lượng rất thấp, không hữu ích cho việc lưu trữ megawatt điện cần thiết để cung cấp năng lượng cho thành phố.
Và chúng có ngưỡng ổn định điện hóa thấp. Jiang nói điều đó có nghĩa là họ có thể nổ tung.
Ông nói: “Nước có giới hạn điện áp. Một khi điện áp của pin nước vượt quá cửa sổ ổn định 1,5 volt, nước có thể phân hủy hoặc tách thành hydro và oxy, gây nổ”.
Nhưng Jiang và các sinh viên của ông đã phát triển một loại pin không dùng nước có thể tạo ra dòng điện gần 4 volt. Ông cho biết, thiết kế mới của Jiang thực hiện được điều đó mà không cần đến màng ngăn cách, vốn là một trong những bộ phận đắt nhất của loại pin này.
Jiang, phó giáo sư tại trường Cao đẳng Khoa học và Nghệ thuật của UC cho biết: “Màng siêu đắt. “Chúng tôi đã phát triển một loại vật liệu lưu trữ năng lượng mới giúp cải thiện hiệu suất với chi phí thấp hơn”.
Tương tự như vậy, màng không hiệu quả, ông nói.
Ông nói: “Họ không thể tách biệt hoàn toàn mặt tích cực và mặt tiêu cực, vì vậy luôn có sự giao thoa”.
Ông cho biết nhóm đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế tạm thời.
Jiang nói: “Vẫn còn một chặng đường dài phía trước”.
Nhưng ông ấy nói rằng chúng ta đang hướng tới một cuộc cách mạng về pin trong 20 năm tới.
Ông nói: “Tôi tự tin về điều đó. Có rất nhiều nghiên cứu chuyên sâu nhằm vượt qua các giới hạn về hiệu suất của pin”.
Các học trò của ông cũng nhiệt tình không kém. Nghiên cứu sinh và đồng tác giả nghiên cứu Rabin Siwakoti cho biết pin cung cấp mật độ năng lượng cao hơn.
“Vì vậy, ngay cả một cục pin nhỏ cũng có thể cung cấp cho bạn nhiều năng lượng hơn”, ông nói.
Đồng tác giả và nghiên cứu sinh Jack McGrath cho biết: “Chúng tôi đã cố gắng loại bỏ lớp màng trong pin, vốn là một thành phần rất lớn trong chi phí trả trước. Nó chiếm tới 30% chi phí của pin”.
Đồng tác giả Soumalya Sinha, giáo sư thỉnh giảng tại UC, cho biết các nước đang chạy đua để phát triển loại pin rẻ hơn, hiệu quả hơn.
“Thiết kế này làm giảm đáng kể chi phí vật liệu,” ông nói. "Chúng tôi đang cố gắng đạt được hiệu suất tương tự với chi phí rẻ hơn."
