Các nhà khoa học cho biết hứa hẹn về pin kẽm-ion để lưu trữ lưới điện hiện đang được đánh giá quá cao
Ảnh: CC0
Trong nhiệm vụ có thể lưu trữ năng lượng mặt trời và gió có thể tái tạo trên lưới điện để sử dụng vào những thời điểm khi mặt trời không chiếu sáng và gió không thổi, các nhà khoa học đang nghiên cứu một số loại hóa chất khác nhau để cung cấp năng lượng lớn. quy mô pin có thể được sử dụng để lưu trữ lưới điện.
Một ứng cử viên cho loại pin hóa học này, được gọi là pin kẽm ion nước (AZIB), đã được xác định là một công nghệ đầy hứa hẹn để lưu trữ lưới có thể giúp tối đa hóa lợi thế của các nguồn năng lượng tái tạo. Nền tảng về khả năng chi trả và độ an toàn của AZIB dựa trên việc sử dụng kẽm, một kim loại bền vững quan trọng, làm vật liệu cực dương trong tế bào.
So với lithium trong pin lithium-ion thương mại hóa, kẽm có nhiều tự nhiên hơn và tương thích cao với nước, do đó cho phép sử dụng trực tiếp các chất điện phân dựa trên nước, không bắt lửa, tiết kiệm chi phí.
Tuy nhiên, trong một nghiên cứu mới từ các nhà nghiên cứu tại Đại học Waterloo làm việc như một phần của Trung tâm nghiên cứu lưu trữ năng lượng chung có trụ sở tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE), các nhà khoa học đã đề xuất rằng nhiều tuyên bố trong tài liệu mở đã được đánh giá quá cao một cách sai lầm và pin kẽm-ion vẫn còn phải đối mặt với nhiều thách thức. Một bài báo dựa trên nghiên cứu, "Hướng tới pin kẽm-ion nước thiết thực để lưu trữ năng lượng điện hóa", đã xuất hiện trên ấn bản trực tuyến ngày 11 tháng 8 của Joule.
Giáo sư Linda Nazar của Đại học Waterloo, người cùng với sinh viên tốt nghiệp Chang Li, là tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Cực dương kẽm mang lại độ an toàn cao và chi phí thấp cho pin ion kẽm nước vì nó ổn định với hầu hết các chất điện phân gốc nước”. nghiên cứu. "Tuy nhiên, trong chu kỳ phóng điện, kẽm có xu hướng phát triển dưới dạng các tinh thể ngẫu nhiên và có gai nhọn—được gọi là sợi nhánh—có thể dễ dàng gây đoản mạch khi sạc pin. Mặc dù nhiều chiến lược đã được báo cáo để giải quyết vấn đề sợi nhánh kẽm, nhưng chỉ một số ít chúng có thể giải quyết các yêu cầu của các ứng dụng thực tế."
Những thách thức cũng vẫn còn ở phía cực âm. Theo Nazar, các phân tử nước trong chất điện phân gốc nước có thể tự động phân tách thành các ion hydroxit và proton. Trong khi các proton cạnh tranh với các ion kẽm trong quá trình chuyển động qua lại vào vật liệu catốt của pin—một quá trình được gọi là xen kẽ—các ion hydroxit còn lại có thể kết hợp với kẽm. Phản ứng đó tạo ra các hợp chất gọi là hydroxit kép kẽm phân lớp, mà Nazar cho biết kết tủa trên bề mặt cực âm và "loại kẽm ra khỏi phương trình, cách điện bề mặt trong một phản ứng phụ rất nguy hiểm."
Theo quan điểm của Nazar, câu hỏi chính mà pin kẽm phải đối mặt là làm thế nào để ngăn chặn hoạt động của nước. Cô ấy nói, câu trả lời có thể nằm ở chất điện phân lai không chứa nước/có nước có thể giúp cô lập nước, ngăn chặn sự phân ly của nó. Cô nói: “Những chất điện phân này đã được chứng minh là khá hiệu quả trong việc đảm bảo rằng việc chèn ion kẽm chiếm ưu thế trong hóa học.
Nazar đã xác định thêm một nhược điểm đáng chú ý đối với một số nghiên cứu liên quan đến pin kẽm, khẳng định rằng các nghiên cứu chạy pin ở tốc độ chu kỳ cao đặc biệt có xu hướng dựa trên sự chèn proton nhiều hơn là xen kẽ kẽm. Cô nói: “Chuyển động cực nhanh của pin kẽm sẽ không giúp ích gì cho việc lưu trữ lưới điện quy mô lớn. "Chúng tôi đang cố gắng thiết lập kỷ lục—chỉ chu kỳ ở tốc độ vừa phải và sau đó thực hiện kỹ thuật điện phân để ức chế sự phân ly nước."
Một bài báo dựa trên nghiên cứu, "Hướng tới pin kẽm-ion nước thiết thực để lưu trữ năng lượng điện hóa", đã xuất hiện trên ấn bản trực tuyến ngày 11 tháng 8 của Joule.
