Chất điện phân muối kép cho phép pin kẽm nước duy trì 93% dung lượng sau 900 chu kỳ sạc
bởi Rhiannon Koch, Đại học Adelaide
Tính chất vật lý và hiệu suất điện hóa của chất điện phân muối kép tách rời. Nguồn: Nature Sustainability (2025). DOI: 10.1038/s41893-025-01646-1
Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Adelaide đang tìm cách tạo ra một loại pin an toàn và bền vững hơn cho xe điện và lưới điện. Mặc dù pin lithium-ion hiện đang là lựa chọn được ưa chuộng trong ngành công nghiệp, nhưng những hạn chế liên quan đến nguồn cung tài nguyên và các vấn đề về môi trường đang thúc đẩy việc tìm kiếm các giải pháp thay thế bền vững hơn.
Dẫn đầu bởi Giáo sư Zaiping Guo, Khoa Kỹ thuật Hóa học, nhóm nghiên cứu đã và đang khám phá khả năng của pin kẽm nước (AZB) có thể sạc lại.
"Một AZB sẽ sử dụng chất lỏng gốc nước, thường là nước với muối kẽm hòa tan làm chất điện phân và kẽm kim loại làm cực dương", Giáo sư Guo cho biết.
"Chất lỏng gốc nước nên không dễ cháy, điều này làm cho nó an toàn hơn nhiều so với các loại pin khác. Chúng cũng là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn nhờ nguồn tài nguyên kẽm dồi dào, tác động môi trường thấp và dung tích pin cao."
Tuy nhiên, AZB có vòng đời hạn chế do phạm vi nhiệt độ hoạt động hẹp, điều này đã làm chậm việc sử dụng thực tế của chúng. Các phản ứng giữa kẽm và chất điện phân trong AZB là không thể kiểm soát, có thể gây ra sự giải phóng khí hydro và ăn mòn bên trong pin.
Nhóm của Giáo sư Guo đã phát triển một chất điện phân muối kép tách rời (DDSE) - một chất điện phân pin sử dụng hai loại muối kẽm khác nhau để tăng cường hiệu suất của chất lỏng nhằm kiểm soát hành vi của các ion. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Sustainability.
"Một loại muối giúp pin hoạt động tốt ở các nhiệt độ khác nhau và cải thiện tốc độ sạc pin, trong khi loại còn lại giúp bảo vệ kim loại kẽm bên trong pin, giúp pin hoạt động lâu hơn nhiều", tác giả đầu tiên Guanjie Li từ Khoa Kỹ thuật Hóa học cho biết.
"Cùng nhau, chúng mang lại hiệu suất rất tốt cho pin. Pin có thể sạc nhanh và hoạt động trong nhiều chu kỳ, trong phạm vi nhiệt độ rộng, và rất ít hao hụt năng lượng khi không sử dụng.
"Trong DDSE của chúng tôi, kẽm perchlorat dạng muối đầu tiên, Zn(ClO4)2, chủ yếu tồn tại trong chất lỏng và kiểm soát cách pin xử lý quá trình đóng băng và tốc độ di chuyển của các ion.
"Kẽm sunfat dạng muối thứ hai, ZnSO4, bám vào bề mặt kim loại kẽm và bảo vệ nó khỏi bị hư hại. Vì mỗi loại muối nằm trong một khu vực riêng và thực hiện chức năng riêng, nên pin hoạt động tốt hơn nhiều về tổng thể. Chúng tôi đã sử dụng nhiều công cụ tiên tiến để quan sát sự phân bố đặc biệt này và hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của nó."
Tiến sĩ Shilin Zhang, Nghiên cứu viên Cao cấp và đồng tác giả, cho biết các cell pin vẫn giữ được 93% công suất ngay cả sau 900 chu kỳ sạc-xả và hoạt động ở nhiệt độ từ lạnh đến -40°C đến ấm đến +40°C.
"Đây là lần đầu tiên trong lĩnh vực của chúng tôi, một hiệu suất cân bằng như vậy đạt được", Tiến sĩ Zhang cho biết.
"Không giống như các thiết kế 'nước nạc' thông thường với chất điện phân lai hữu cơ-nước hoặc nồng độ cao, chiến lược tách ghép của chúng tôi tạo ra một công thức chất điện phân không bắt lửa, giá cả phải chăng và bền vững, đồng thời vẫn giữ được những ưu điểm vốn có của hệ thống nước.
"Cách tiếp cận này mở ra một hướng đi rõ ràng hướng tới việc triển khai thực tế AZB trong lưới điện thông minh và xe điện, từ đó cung cấp năng lượng an toàn và bền vững hơn cho các quốc gia.
"Bước tiếp theo của chúng tôi là thử nghiệm chất điện phân này trong các hệ thống pin thực tế hơn. Chúng tôi muốn tinh chỉnh công thức và cải thiện các bộ phận khác của pin, để có thể chế tạo một nguyên mẫu pin thực sự có tuổi thọ cao, mật độ năng lượng cao và chi phí thấp."
Thông tin thêm: Guanjie Li và cộng sự, Chất điện phân muối kép tách rời cho pin kẽm nước thực tế, Nature Sustainability (2025). DOI: 10.1038/s41893-025-01646-1
Thông tin tạp chí: Nature Sustainability
