Các nhà nghiên cứu phát triển pin oxy-ion

Các nhà nghiên cứu phát triển pin oxy-ion

    Các nhà nghiên cứu phát triển pin oxy-ion
    bởi Đại học Công nghệ Vienna

    Researchers develop oxygen-ion battery


    Điểm giống nhau giữa các điện cực của tế bào điện phân/nhiên liệu oxit rắn và pin lithium ion: Cả hai điện cực đều có thể lưu trữ các loại trung tính chính thức (O hoặc Li), được hiển thị ở đây bằng màu xanh đậm. Ngoài ra, các điện cực SOFC có thể trao đổi các loài trung tính với khí quyển, được biểu thị bằng các mũi tên nét đứt. Nếu đường dẫn thứ hai bị chặn, các điện cực SOFC hoạt động tương tự như các điện cực LIB. Ảnh: Vật liệu Năng lượng Cao cấp (2023). DOI: 10.1002/aenm.202203789


    Ngày nay, pin lithium-ion rất phổ biến, nhưng điều đó không có nghĩa là chúng là giải pháp tốt nhất cho mọi lĩnh vực ứng dụng. TU Wien hiện đã thành công trong việc phát triển pin oxy-ion có một số ưu điểm quan trọng. Mặc dù nó không cho phép mật độ năng lượng cao như pin lithium-ion, nhưng dung lượng lưu trữ của nó không giảm theo thời gian: nó có thể được tái tạo và do đó có thể mang lại tuổi thọ cực kỳ dài.

    Ngoài ra, pin oxy-ion có thể được sản xuất mà không có các nguyên tố hiếm và được làm bằng vật liệu không cháy. Một đơn xin cấp bằng sáng chế cho ý tưởng pin mới đã được nộp cùng với các đối tác hợp tác từ Tây Ban Nha. Pin oxy-ion có thể là một giải pháp tuyệt vời cho các hệ thống lưu trữ năng lượng lớn, chẳng hạn như để lưu trữ năng lượng điện từ các nguồn tái tạo.

    Vật liệu gốm sứ như một giải pháp mới
    Alexander Schmid từ Viện Công nghệ Hóa học và Phân tích tại TU Wien cho biết: "Chúng tôi đã có nhiều kinh nghiệm về vật liệu gốm có thể được sử dụng cho pin nhiên liệu trong một thời gian dài". "Điều đó đã cho chúng tôi ý tưởng điều tra xem liệu những vật liệu như vậy cũng có thể phù hợp để chế tạo pin hay không."

    Vật liệu gốm mà nhóm TU Wien nghiên cứu có thể hấp thụ và giải phóng các ion oxy tích điện âm gấp đôi. Khi đặt một điện áp, các ion oxy di chuyển từ vật liệu gốm này sang vật liệu gốm khác, sau đó chúng có thể được tạo ra để di chuyển trở lại, do đó tạo ra dòng điện.

    Giáo sư Jürgen Fleig cho biết: "Nguyên tắc cơ bản thực sự rất giống với pin lithium-ion". "Nhưng vật liệu của chúng tôi có một số lợi thế quan trọng." Gốm sứ không dễ cháy—vì vậy tai nạn hỏa hoạn xảy ra nhiều lần với pin lithium-ion trên thực tế đã được loại trừ. Ngoài ra, không cần các nguyên tố quý hiếm, đắt tiền hoặc chỉ có thể được chiết xuất theo cách có hại cho môi trường.

    Tobias Huber cho biết: “Về mặt này, việc sử dụng vật liệu gốm là một lợi thế lớn vì chúng có thể thích nghi rất tốt. "Bạn có thể thay thế một số yếu tố khó có được bằng những yếu tố khác tương đối dễ dàng." Nguyên mẫu của pin vẫn sử dụng lanthanum—một nguyên tố không thực sự hiếm nhưng cũng không hoàn toàn phổ biến. Nhưng ngay cả lanthanum cũng sẽ được thay thế bằng thứ gì đó rẻ hơn và nghiên cứu về vấn đề này đã được tiến hành. Coban hoặc niken, được sử dụng trong nhiều loại pin, hoàn toàn không được sử dụng.

    Tuổi thọ cao
    Nhưng có lẽ ưu điểm quan trọng nhất của công nghệ pin mới là tuổi thọ tiềm tàng của nó: "Trong nhiều loại pin, bạn gặp phải vấn đề là tại một thời điểm nào đó các hạt sạc không thể di chuyển được nữa," Alexander Schmid nói. "Sau đó, chúng không thể được sử dụng để tạo ra điện nữa, dung lượng của pin giảm đi. Sau nhiều chu kỳ sạc, điều đó có thể trở thành một vấn đề nghiêm trọng."

    Tuy nhiên, pin oxy-ion có thể được tái tạo mà không gặp vấn đề gì: Nếu oxy bị mất do phản ứng phụ, thì lượng oxy mất đi có thể được bù đắp đơn giản bằng oxy từ không khí xung quanh.

    Khái niệm pin mới không dành cho điện thoại thông minh hoặc ô tô điện, vì pin oxy-ion chỉ đạt được khoảng một phần ba mật độ năng lượng mà một loại pin được sử dụng từ pin lithium-ion và chạy ở nhiệt độ từ 200 đến 400 °C. Tuy nhiên, công nghệ này cực kỳ thú vị để lưu trữ năng lượng.

    "Ví dụ: nếu bạn cần một bộ lưu trữ năng lượng lớn để lưu trữ tạm thời năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió, thì pin oxy-ion có thể là một giải pháp tuyệt vời," Alexander Schmid nói. "Nếu bạn xây dựng toàn bộ tòa nhà chứa đầy các mô-đun lưu trữ năng lượng, mật độ năng lượng thấp hơn và nhiệt độ hoạt động tăng lên không đóng vai trò quyết định. Nhưng điểm mạnh của pin của chúng tôi sẽ đặc biệt quan trọng ở đó: tuổi thọ dài, khả năng sản xuất lớn số lượng của những vật liệu này không có các nguyên tố hiếm và thực tế là không có nguy cơ hỏa hoạn với những loại pin này."

    Bài báo được xuất bản trên tạp chí Advanced Energy Materials.

    Zalo
    Hotline