Do những lo ngại ngày càng tăng về môi trường, sản xuất năng lượng toàn cầu đang chuyển từ nhiên liệu hóa thạch sang các hệ thống năng lượng bền vững và tái tạo như năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng chúng có hai điểm yếu đáng kể: sản xuất điện không ổn định và nguồn cung không đều. Do đó, chúng được tăng cường bằng các hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS).
Các điện cực mới có hiệu quả ngăn chặn sự giao thoa của brom và các hợp chất brom, do đó ngăn ngừa hiện tượng tự phóng điện và tăng cường hiệu suất điện hóa và độ ổn định chu kỳ của pin kẽm-brom không chảy. Tín dụng: Chanho Pak từ Viện Khoa học và Công nghệ Gwangju
Pin lithium-ion là loại pin tiên tiến nhất trong các loại pin ESS nhưng dễ gây cháy do chất điện phân dễ cháy và vật liệu gốc lithium. Pin kẽm-brom không chảy (FLZBB), sử dụng chất điện phân không cháy, là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn, tiết kiệm chi phí và là nền tảng pin đơn giản.
FLZBB bao gồm một điện cực dương, một điện cực âm, một chất điện phân và một bộ tách để giữ các điện cực tách biệt. Không giống như pin kẽm-brom thông thường, chất điện phân trong FLZBB không cần phải được bơm và thay vào đó được giữ trong một hộp chứa giống như gel. Nỉ than chì (GF) được sử dụng rộng rãi làm điện cực trong nhiều loại pin oxy hóa khử do tính ổn định của nó trong chất điện phân có tính axit.
Tuy nhiên, trong FLZBB, các ion brom và polybromide được hình thành bên trong điện cực dương GF trong quá trình sạc. Các vật liệu hoạt động này có thể thoát ra và khuếch tán không kiểm soát đến điện cực âm, gây ra hiện tượng tự phóng điện, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất và tuổi thọ. Nhiều nghiên cứu đã khám phá các phương pháp tiếp cận để ngăn chặn hiện tượng giao thoa này; tuy nhiên, hiện tượng tự phóng điện vẫn là một vấn đề lớn đối với FLZBB.
Để giải quyết vấn đề này, một nhóm các nhà nghiên cứu do Giáo sư Chanho Pak đứng đầu và bao gồm sinh viên MS và Tiến sĩ Youngin Cho (tác giả đầu tiên) từ Khoa sau đại học về hội tụ năng lượng, Viện công nghệ tích hợp tại Viện khoa học và công nghệ Gwangju, Hàn Quốc, đã phát triển một điện cực GF dày phủ carbon mesoporous pha tạp nitơ (NMC/GF) mới. Nghiên cứu của họ đã được công bố trên Tạp chí Kỹ thuật hóa học vào ngày 15 tháng 6 năm 2024.
Các nhà nghiên cứu đã chế tạo điện cực NMC/GF bằng phương pháp tự lắp ráp do bốc hơi đơn giản, tiết kiệm chi phí. Trong phương pháp này, một tấm nỉ GF nguyên sơ được phủ bằng vật liệu tiền chất và trộn trong dung môi, sau đó sấy khô và đóng rắn. Khi được áp dụng cho FLZBB, các điện cực mới đã ngăn chặn hiệu quả sự giao thoa của các vật liệu hoạt động và ngăn ngừa sự tự phóng điện. Thành công này được cho là nhờ các lỗ mesopore có trên các sợi GF trong điện cực NMC/GF.
Giáo sư Pak giải thích, "Lớp phủ NMC trên điện cực GF tạo ra các lỗ trung bình có chứa các vị trí nitơ được nhúng một cách chiến lược, đóng vai trò như một thành trì, giữ lại brom và các phức chất brom trong điện cực dương, ngăn chặn hiện tượng trao đổi chéo brom và hiện tượng tự phóng điện.
"Hơn nữa, lớp phủ này làm cho các điện cực GF nguyên sơ kỵ nước ban đầu trở nên siêu ưa nước, cải thiện tiếp xúc giao diện với chất điện phân trong chất điện phân nước và tăng cường hiệu suất điện hóa. Ngoài ra, nó cho phép kết hợp các loại oxy và nitơ dồi dào, giúp cải thiện tốc độ phản ứng brom, tăng cường hiệu suất hơn nữa."
FLZBB với điện cực NMC/GF cho thấy hiệu suất năng lượng và hiệu suất Coulombic tuyệt vời lần lượt là 96% và 76%, ở mật độ dòng điện là 20 mA cm -2 , cũng như dung lượng diện tích tốc độ cao là 2 mAh cm -2 . Hơn nữa, pin cho thấy độ bền chưa từng có, với độ ổn định chu kỳ sạc/xả được kéo dài đến hơn 10.000 chu kỳ. Ngoài ra, điện cực GF dày được sử dụng có khả năng làm giảm giá chung của pin.
Nhấn mạnh tầm quan trọng của thành tựu này, Giáo sư Pak cho biết: "Việc phát triển điện cực dương FLZBB, có thể duy trì hoạt động lâu dài trên 10.000 chu kỳ với hiệu suất cao, sẽ đẩy nhanh quá trình phát triển ESS ổn định và chuyển đổi năng lượng thân thiện với môi trường trong thời gian dài. Hơn nữa, điện cực dương NMC/GF cũng có thể được sử dụng cho các loại pin nước khác".
Công nghệ này có thể cho phép ứng dụng FLZBB vào thực tế, tạo ra các ESS an toàn hơn và hệ thống năng lượng tái tạo ổn định hơn.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
