Các nhà nghiên cứu phát triển pin nước mật độ năng lượng cao dựa trên sự truyền đa điện tử halogen

Các nhà nghiên cứu phát triển pin nước mật độ năng lượng cao dựa trên sự truyền đa điện tử halogen

    Pin lithium-ion không chứa nước truyền thống có mật độ năng lượng cao nhưng độ an toàn của chúng bị ảnh hưởng do sử dụng chất điện phân hữu cơ dễ cháy.

    Các nhà nghiên cứu phát triển pin nước mật độ năng lượng cao dựa trên sự truyền đa điện tử halogen

    Quan sát tại chỗ quá trình phóng điện của IBA dưới kính hiển vi quang học. Nguồn:  Năng lượng thiên nhiên  (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01515-9

    Pin nước sử dụng nước làm dung môi cho chất điện phân, giúp tăng cường đáng kể độ an toàn của pin. Tuy nhiên, do khả năng hòa tan hạn chế của chất điện phân và điện áp pin thấp, pin nước thường có mật độ năng lượng thấp hơn. Điều này có nghĩa là lượng điện được lưu trữ trên một đơn vị thể tích pin nước tương đối thấp.

    Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Energy, một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Li Xianfeng từ Viện Vật lý Hóa học Đại Liên (DICP) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) dẫn đầu, phối hợp với nhóm của Giáo sư Fu Qiang cũng từ DICP, đã phát triển cực âm truyền đa điện tử dựa trên brom và iốt, đạt công suất riêng hơn 840 Ah/L, đạt mật độ năng lượng lên tới 1.200 Wh/L dựa trên catholyte trong thử nghiệm toàn bộ pin.

    Để cải thiện mật độ năng lượng của pin nước, các nhà nghiên cứu đã sử dụng dung dịch halogen hỗn hợp gồm các ion iodide (I-) và ion bromide (Br-) làm chất điện phân. Họ đã phát triển phản ứng chuyển nhiều electron, chuyển I- thành nguyên tố iốt (I2) và sau đó thành iodat (IO3-).

    Trong quá trình sạc, I- bị oxy hóa thành IO3- ở cực dương và H+ tạo ra được dẫn sang cực âm dưới dạng chất điện phân hỗ trợ. Trong quá trình phóng điện, H+ được dẫn từ cực dương và IO3- bị khử thành I-.

    Cực âm truyền đa điện tử được phát triển có công suất riêng là 840 Ah/L. Kết hợp cực âm với kim loại Cd để tạo thành pin đầy, các nhà nghiên cứu đã đạt được mật độ năng lượng lên tới 1.200 Wh/L dựa trên chất catholyte đã phát triển.

    Các nhà nghiên cứu xác nhận rằng Br- được thêm vào chất điện phân có thể tạo ra iốt bromua phân cực (IBr) trong quá trình sạc, tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng với H2O tạo thành IO3-. Trong quá trình phóng điện, IO3- có thể oxy hóa Br- thành Br2 và tham gia phản ứng điện hóa để nhận ra sự phóng điện thuận nghịch và nhanh chóng của IO3-.

    Do đó, chất trung gian bromide hình thành trong quá trình tích điện và phóng điện đã tối ưu hóa quá trình phản ứng, cải thiện hiệu quả động học và khả năng thuận nghịch của phản ứng điện hóa.

    Nhóm của giáo sư Fu đã chứng minh quá trình truyền nhiều electron thông qua kính hiển vi quang học tại chỗ, quang phổ Raman, v.v.

    Giáo sư Li cho biết: “Nghiên cứu này cung cấp một ý tưởng mới cho việc thiết kế pin nước mật độ năng lượng cao và có thể mở rộng ứng dụng pin nước trong lĩnh vực pin điện”.

    Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
    FanPage:  https://www.facebook.com/Pacific-Group
    YouTube:  https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt

    Zalo
    Hotline