[Vui lòng đăng ký trang Youtube của Pacific Group tại
https://www.youtube.com/channel/UCAxje1GxiUpZD6MEcR0f5Jg/videos
Chúng tôi có các buổi chia sẻ về kinh doanh thực tế hàng tuần]
Muối và pin: Phá vỡ giới hạn lưu trữ năng lượng
Người châu Âu sẽ ngày càng cần nhiều loại pin tốt hơn để cung cấp năng lượng cho các đoàn xe ô tô điện. Ảnh: © Nick Starichenko, Shutterstock
Nhờ sự bùng nổ năng lượng tái tạo, yếu tố hạn chế của cuộc cách mạng năng lượng không phải là nguồn cung cấp điện nhiều như việc lưu trữ điện ngày nay. Pin sạch hơn, xanh hơn là cần thiết để sạc ô tô, xe đạp điện và các thiết bị trong thời gian dài hơn.
Trong tương lai, một phần lớn năng lượng của chúng ta sẽ đến từ các nguồn tái tạo như năng lượng mặt trời và gió. Nhưng có những lúc gió không thổi, nắng chẳng tắt. Để cung cấp thậm chí, chúng ta cần tích trữ lượng điện dư thừa do năng lượng tái tạo tạo ra, cho đến khi chúng ta sẵn sàng tiêu thụ. Một phương tiện quan trọng để làm như vậy là sử dụng pin tốt hơn. Chúng ta cũng cần một số lượng lớn pin nếu chúng ta muốn cung cấp năng lượng cho các đoàn xe điện và thiết bị di động đã được hình dung.
Vấn đề là, ngay cả những loại pin tốt nhất cũng có vấn đề. Một điểm quan trọng là các tế bào lithium-ion sử dụng lithium làm thành phần chính. Nó được khai thác dưới dạng muối. Châu Âu hiện không có trữ lượng lớn, vì vậy phải dựa vào nhập khẩu từ những nơi như Úc và Chile. Pin Lithium cũng đắt tiền, dung lượng lưu trữ hạn chế và giảm hiệu suất sau nhiều lần sạc.
Pin lithium-ion truyền thống có ba thành phần chính. Có hai thành phần rắn được gọi là điện cực - cực dương và cực âm - và chất lỏng được gọi là chất điện phân. Khi pin phóng điện, các electron thoát ra khỏi cực dương đến cực âm để cung cấp năng lượng cho bất kỳ thiết bị nào được kết nối với nó. Các ion liti dương khuếch tán qua bình điện phân, bị hút về điện tích âm của catốt. Khi pin đang được sạc đầy, điều này sẽ diễn ra ngược lại.
Mật độ năng lượng
Toàn bộ quá trình là một phản ứng điện hóa thuận nghịch. Có nhiều hương vị của quá trình cơ bản này với các loại hóa chất và ion khác nhau tham gia. Một lựa chọn cụ thể đang được dự án ASTRABAT khám phá là loại bỏ chất điện phân lỏng và thay vào đó biến nó thành chất rắn hoặc gel. Về lý thuyết, những viên pin thể rắn này có mật độ năng lượng cao hơn, có nghĩa là chúng có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị lâu hơn. Chúng cũng nên an toàn hơn và sản xuất nhanh hơn, vì không giống như các loại pin lithium-ion thông thường, chúng không sử dụng chất điện phân lỏng dễ cháy.
Tiến sĩ điện hóa học Sophie Mailley tại Ủy ban Năng lượng Nguyên tử và Năng lượng Thay thế (CEA) ở Grenoble, Pháp, là điều phối viên dự án ASTRABAT. Cô giải thích rằng pin thể rắn dựa trên lithium đã tồn tại. Nhưng những loại pin như vậy sử dụng gel làm chất điện phân và chỉ hoạt động tốt ở nhiệt độ khoảng 60 ° C, có nghĩa là chúng không phù hợp cho nhiều ứng dụng. Tiến sĩ Mailley nói: “Rõ ràng là chúng ta cần phải đổi mới trong lĩnh vực này để có thể đối mặt với các vấn đề của biến đổi khí hậu.
Cô và nhóm đối tác của mình đang nghiên cứu để hoàn thiện một công thức chế tạo pin lithium thể rắn tốt hơn. Công việc liên quan đến việc xem xét tất cả các loại thành phần ứng cử viên cho pin và tìm ra loại nào hoạt động tốt nhất với nhau. Tiến sĩ Mailley cho biết hiện họ đã xác định được các thành phần phù hợp và đang tìm cách mở rộng quy mô sản xuất pin.
Một câu hỏi mà cô và nhóm của mình dự định điều tra tiếp theo là, liệu việc tái chế lithium và các nguyên tố khác từ pin thể rắn có dễ dàng hơn so với pin lithium-ion thông thường hay không. Nếu đúng như vậy, điều đó có thể làm tăng việc tái chế lithium và giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu.
Tiến sĩ Mailley ước tính rằng nếu nghiên cứu diễn ra suôn sẻ, các loại pin lithium thể rắn giống như loại mà ASTRABAT đang nghiên cứu có thể được sử dụng thương mại trong ô tô điện vào khoảng năm 2030. "Tôi không biết liệu những loại pin thể rắn này có Tiến sĩ Mailley nói. Bà nói: "Có rất nhiều giải pháp khả thi khác, như sử dụng mangan hoặc natri (thay vì lithium). Những giải pháp đó có thể hiệu quả. Nhưng chúng tôi cần tiếp tục đầu tư vào nghiên cứu để xác nhận thế hệ pin tiếp theo".
Tích cực tính phí
Khi nói đến việc lưu trữ năng lượng cho mục đích cung cấp thông suốt cho lưới điện, pin cần phải đáng tin cậy và có dung lượng cao, đồng nghĩa với việc đắt tiền. Liti khan hiếm không phải là lựa chọn tốt nhất. Thay vào đó, dự án HIGREEW đang nghiên cứu một loại pin khác, được gọi là tế bào dòng oxy hóa khử.
Các thành phần chính của pin dòng oxy hóa khử là hai chất lỏng, một chất lỏng tích điện dương, một chất lỏng tích điện âm. Khi pin được sử dụng, chúng được bơm vào một khoang được gọi là ngăn xếp tế bào, nơi chúng được ngăn cách bởi một màng thấm và trao đổi các điện tử - tạo ra dòng điện.
Điều phối viên của dự án là nhà hóa học Tiến sĩ Eduardo Sanchez tại CIC energygiGUNE, một trung tâm nghiên cứu gần Bilbao ở Tây Ban Nha. Ông giải thích rằng rất nhiều pin dòng oxy hóa khử quy mô lớn đã được vận hành trên khắp thế giới và chúng được thiết kế để hoạt động ổn định, kéo dài khoảng 20 năm. Nhưng những loại pin hiện có này sử dụng vanadi hòa tan trong axit sulfuric, đây là một quá trình ăn mòn và độc hại. Yêu cầu an toàn
có nghĩa là những loại pin này phải được sản xuất với chi phí lớn.
Tiến sĩ Sanchez cho biết: “Vanadium có rất nhiều điểm mạnh — nó rẻ và ổn định. "Nhưng nếu bạn bị rò rỉ từ một trong những cục pin này, thì điều đó không đẹp chút nào. Bạn phải thiết kế các bình sao cho cực kỳ bền."
Ít độc hại
Dự án HIGREEW đang có kế hoạch tạo ra dòng pin oxy hóa khử sử dụng các vật liệu ít độc hại hơn nhiều như dung dịch muối trong nước để lưu trữ các ion gốc carbon. Sanchez và nhóm đồng nghiệp của anh đang nghiên cứu phát triển công thức tốt nhất cho loại pin này, sàng lọc nhiều sự kết hợp khác nhau của muối và dung dịch hóa học. Hiện họ đã đưa ra danh sách rút gọn một vài nguyên mẫu hoạt động tốt và đang nỗ lực mở rộng những nguyên mẫu này.
Công việc trên một nguyên mẫu pin khổng lồ đang được tiến hành tại trung tâm CIC energygiGUNE. Tiến sĩ Sanchez nói: “Chúng tôi phải đảm bảo rằng họ duy trì phong độ tốt trên quy mô lớn.
Nhóm của ông cũng đang nghiên cứu một phương pháp nhúng các vật liệu màng pin bán sẵn trên thị trường để làm thay đổi chúng về mặt hóa học, giúp chúng tồn tại lâu hơn.
Tiến sĩ Sanchez nhìn thấy một tương lai tươi sáng cho dòng pin oxy hóa khử. "Tôi có thể nói rằng chúng ta đang nở rộ ở châu Âu, với rất nhiều công ty đang làm việc về pin lưu lượng." Ông dự đoán rằng việc sản xuất pin dòng oxy hóa khử có thể mang lại nhiều cơ hội việc làm cho châu Âu trong những năm tới.
