Năng lượng của hoa: Tinh dầu hoa oải hương cho pin natri-lưu huỳnh bền hơn
của Hiệp hội Max Planck
a) Sơ đồ minh họa quá trình tổng hợp vật liệu composite cacbon lưu huỳnh và b) sơ đồ phản ứng lưu hóa ngược của lưu huỳnh nguyên tố và linalool. Nguồn: Small (2024). DOI: 10.1002/smll.202407300
Tinh dầu hoa oải hương có thể giúp giải quyết một vấn đề trong quá trình chuyển đổi năng lượng. Một nhóm từ Viện keo và giao diện Max Planck đã tạo ra một vật liệu từ linalool, thành phần chính của tinh dầu hoa oải hương và lưu huỳnh có thể làm cho pin natri-lưu huỳnh bền hơn và mạnh hơn. Những loại pin như vậy có thể lưu trữ điện từ các nguồn tái tạo.
Đây là một câu hỏi quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng: làm thế nào để lưu trữ điện từ năng lượng gió và quang điện khi không cần thiết? Pin lớn là một lựa chọn. Và pin lưu huỳnh, đặc biệt là pin natri-lưu huỳnh, có một số ưu điểm so với pin lithium khi là đơn vị lưu trữ cố định.
Các vật liệu tạo nên chúng dễ kiếm hơn nhiều so với lithium và coban, hai thành phần thiết yếu của pin lithium-ion. Việc khai thác hai kim loại này cũng thường gây hại cho môi trường và gây ra biến động xã hội và chính trị tại địa phương. Tuy nhiên, pin natri-lưu huỳnh có thể lưu trữ ít năng lượng hơn so với trọng lượng của chúng so với pin lithium và cũng không bền bằng.
Tinh dầu hoa oải hương với thành phần chính là linalool hiện có thể giúp kéo dài tuổi thọ của pin natri-lưu huỳnh, như một nhóm nghiên cứu từ Viện keo và giao diện Max Planck đã báo cáo trên tạp chí Small.
"Thật hấp dẫn khi thiết kế pin trong tương lai bằng thứ gì đó mọc trong vườn của chúng ta", Paolo Giusto, trưởng nhóm tại Viện keo và giao diện Max Planck cho biết.
80% dung lượng sạc ban đầu sau 1.500 chu kỳ sạc
Thực tế là dung lượng lưu trữ của pin natri-lưu huỳnh thường giảm đáng kể sau một vài chu kỳ sạc chủ yếu là do hiện tượng được gọi là sự dịch chuyển lưu huỳnh. Polysulfide, được hình thành ở cực âm, di chuyển đến cực dương, phản ứng với nó và cuối cùng khiến pin bị hỏng. Evgeny Senokos, người đang phát triển các giải pháp thay thế cho pin lithium tại Viện keo và giao diện Max Planck, hiện đang ngăn chặn điều này bằng cách khóa polysulfide trong lồng carbon.
"Chúng tôi tạo ra một vật liệu nano ổn định và đặc từ linalool và lưu huỳnh, do đó tạo ra loại pin bền hơn và có mật độ năng lượng cao hơn so với pin natri-lưu huỳnh hiện nay", Senokos giải thích.
Linalool và lưu huỳnh tạo thành một vật liệu có cấu trúc nano có các lỗ nano hẹp hơn khoảng 100.000 lần so với sợi tóc người và giữ lại các polysulfide cồng kềnh. Tuy nhiên, khi sạc và xả pin, các ion natri nhỏ vẫn có thể xuyên qua các lỗ hoặc chảy ra khỏi chúng. Kết quả là, các cell pin được nhóm Potsdam thử nghiệm đã đạt được hơn 80% dung lượng sạc ban đầu sau 1.500 chu kỳ sạc và xả.
Các bình nano carbon bao bọc lưu huỳnh không chỉ làm tăng tuổi thọ của pin natri-lưu huỳnh mà còn tăng cả dung lượng lưu trữ của chúng: vì lưu huỳnh được cố định trong lồng nên gần như hoàn toàn có sẵn cho phản ứng. Do đó, vật liệu catốt mới có thể cung cấp hơn 600 mAh/g.
"Bằng cách nhìn nhận sáng tạo vào thiên nhiên, chúng tôi đang tìm ra giải pháp cho nhiều thách thức do quá trình chuyển đổi năng lượng đặt ra", Giusto nói. "Tôi tin tưởng rằng sự phát triển của chúng tôi sẽ thu hút ngày càng nhiều sự chú ý trong tương lai gần và cho phép chúng tôi thực hiện bước nhảy vọt của công nghệ này từ phòng thí nghiệm đến thực tế".
