Thế giới cần những loại pin rẻ và mạnh có thể lưu trữ điện được sản xuất bền vững từ gió hoặc ánh sáng mặt trời để chúng ta có thể sử dụng bất cứ khi nào cần, ngay cả khi bên ngoài trời tối hoặc không có gió thổi. Hầu hết các loại pin phổ biến cung cấp năng lượng cho điện thoại thông minh và ô tô điện của chúng ta là pin lithium-ion. Những loại pin này khá đắt vì nhu cầu về lithium trên toàn thế giới đang tăng vọt và những loại pin này cũng rất dễ cháy.
Pin kẽm gốc nước là giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho các loại pin lithium-ion này . Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế do ETH Zurich đứng đầu hiện đã nghĩ ra một chiến lược mang lại những tiến bộ quan trọng cho việc phát triển các loại pin kẽm như vậy, khiến chúng trở nên mạnh mẽ hơn, an toàn hơn và thân thiện với môi trường hơn.
Độ bền là một thách thức
Có một số lợi thế đối với pin kẽm: kẽm dồi dào, rẻ và có cơ sở hạ tầng tái chế hoàn thiện. Hơn nữa, pin kẽm có thể lưu trữ rất nhiều điện năng. Quan trọng nhất, pin kẽm không nhất thiết phải sử dụng dung môi hữu cơ rất dễ cháy làm chất lỏng điện phân , vì chúng cũng có thể được tạo ra bằng cách sử dụng chất điện phân gốc nước để thay thế.
Giá như không có những thách thức mà các kỹ sư phải đối mặt khi phát triển các loại pin này: khi pin kẽm được sạc ở điện áp cao , nước trong chất lỏng điện phân sẽ phản ứng trên một trong các điện cực để tạo thành khí hydro. Khi điều này xảy ra, chất lỏng điện phân cạn kiệt và hiệu suất của pin giảm. Hơn nữa, phản ứng này gây ra áp suất dư thừa tích tụ trong pin có thể gây nguy hiểm. Một vấn đề khác là sự hình thành các lớp kẽm gai nhọn trong quá trình sạc pin, được gọi là đuôi gai, có thể đâm xuyên qua pin và trong trường hợp xấu nhất thậm chí gây đoản mạch và khiến pin không sử dụng được.
Độ bền là một thách thức
Có một số lợi thế đối với pin kẽm: kẽm dồi dào, rẻ và có cơ sở hạ tầng tái chế hoàn thiện. Hơn nữa, pin kẽm có thể lưu trữ rất nhiều điện năng. Quan trọng nhất, pin kẽm không nhất thiết phải sử dụng dung môi hữu cơ rất dễ cháy làm chất lỏng điện phân , vì chúng cũng có thể được tạo ra bằng cách sử dụng chất điện phân gốc nước để thay thế.
Giá như không có những thách thức mà các kỹ sư phải đối mặt khi phát triển các loại pin này: khi pin kẽm được sạc ở điện áp cao , nước trong chất lỏng điện phân sẽ phản ứng trên một trong các điện cực để tạo thành khí hydro. Khi điều này xảy ra, chất lỏng điện phân cạn kiệt và hiệu suất của pin giảm. Hơn nữa, phản ứng này gây ra áp suất dư thừa tích tụ trong pin có thể gây nguy hiểm. Một vấn đề khác là sự hình thành các lớp kẽm gai nhọn trong quá trình sạc pin, được gọi là đuôi gai, có thể đâm xuyên qua pin và trong trường hợp xấu nhất thậm chí gây đoản mạch và khiến pin không sử dụng được.
Hiệu suất lâu dài và sạc nhanh
Hơn nữa, các nhà nghiên cứu đã không sử dụng bất kỳ loại muối có hại cho môi trường nào cho những cải tiến của họ, thay vào đó chọn muối thân thiện với môi trường của axit axetic, được gọi là axetat. Dario Gomez Vazquez, nghiên cứu sinh tiến sĩ trong nhóm của Lukatskaya và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Với nồng độ axetat lý tưởng, chúng tôi có thể giảm thiểu sự cạn kiệt chất điện giải và ngăn chặn các sợi nhánh kẽm giống như các nhà khoa học khác đã làm trước đây với nồng độ muối độc hại cao”. nghiên cứu. "Hơn nữa, với cách tiếp cận của chúng tôi, pin có thể được sạc và xả nhanh hơn nhiều."
Cho đến nay, các nhà nghiên cứu ETH đã thử nghiệm chiến lược pin mới của họ ở quy mô phòng thí nghiệm tương đối nhỏ. Bước tiếp theo sẽ là mở rộng quy mô của phương pháp này và xem liệu nó cũng có thể được áp dụng cho pin lớn hay không. Lý tưởng nhất là một ngày nào đó, những thứ này có thể được sử dụng làm bộ lưu trữ trong lưới điện để bù cho những biến động, chẳng hạn như trong tầng hầm của những ngôi nhà dành cho một gia đình để cho phép sử dụng năng lượng mặt trời được sản xuất vào ban ngày vào buổi tối.
Vẫn còn một số thách thức cần vượt qua trước khi pin kẽm sẵn sàng đưa ra thị trường, như Giáo sư Lukatskaya của ETH giải thích: pin bao gồm hai điện cực — cực dương và cực âm — và chất lỏng điện phân giữa chúng. Cô ấy nói: “Chúng tôi đã chỉ ra rằng bằng cách điều chỉnh thành phần chất điện phân, việc sạc cực dương kẽm hiệu quả có thể được kích hoạt. "Tuy nhiên, trong tương lai, vật liệu catốt hiệu suất cũng sẽ phải được tối ưu hóa để tạo ra pin kẽm bền và hiệu quả."
