Thiết kế pin kẽm-ion mới thúc đẩy lưu trữ năng lượng công nghiệp an toàn, có thể mở rộng
của Đại học Dongguk
Nghiên cứu mới tiết lộ một loại pin kẽm-ion an toàn hơn và có thể mở rộng kết hợp công nghệ graphene mang tính đột phá. Nguồn: Giáo sư Geon-Hyoung An / Đại học Dongguk, Hàn Quốc
Thế kỷ hiện tại đã chứng kiến sự chuyển dịch chủ động sang các dạng năng lượng bền vững hơn, bao gồm các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng hạt nhân và năng lượng địa nhiệt. Những công nghệ này tự nhiên đòi hỏi các hệ thống lưu trữ năng lượng mạnh mẽ để sử dụng trong tương lai. Trong những năm gần đây, pin lithium-ion đã nổi lên như một hệ thống lưu trữ năng lượng thống trị. Tuy nhiên, chúng được biết là gặp phải các vấn đề nghiêm trọng về an toàn.
Về mặt này, pin kẽm-ion dựa trên chất điện phân gốc nước cung cấp một giải pháp đầy hứa hẹn. Chúng vốn an toàn, thân thiện với môi trường cũng như khả thi về mặt kinh tế. Những loại pin này cũng giảm thiểu rủi ro cháy nổ và các vấn đề về mất kiểm soát nhiệt liên quan đến các loại pin lithium tương tự, giúp chúng trở nên hấp dẫn đối với việc lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện.
Hơn nữa, kẽm có dung lượng cao, chi phí thấp, dồi dào và độc tính thấp. Thật không may, các bộ thu dòng điện được sử dụng trong pin kẽm ion, chẳng hạn như lá graphite, rất khó mở rộng quy mô và có các đặc tính cơ học tương đối kém, hạn chế việc sử dụng trong công nghiệp.
Trong một bài báo nghiên cứu mới, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Hàn Quốc, do Phó Giáo sư Geon-Hyoung An tại Khoa Kỹ thuật Năng lượng và Vật liệu thuộc Đại học Dongguk đứng đầu, đã đề xuất lá thép không gỉ phủ graphene làm bộ thu dòng điện thay thế mới. Những phát hiện của họ đã được công bố trên tạp chí Advanced Energy Materials.
Theo Giáo sư An, "Điểm cải tiến cốt lõi của nghiên cứu hiện tại là sử dụng lá thép không gỉ phủ graphene hay G@SSF-400 làm bộ thu dòng điện cho pin kẽm ion. Không giống như các bộ thu thông thường, vật liệu của chúng tôi có thể được sản xuất thông qua lớp phủ graphene đơn giản và xử lý nhiệt để loại bỏ oxit bề mặt. Điều này cho phép mở rộng quy mô công nghiệp và hiệu suất điện hóa cao".
Cải tiến này khắc phục được những thách thức thường gặp về ăn mòn và độ dẫn điện kém thường thấy trong các hệ thống gốc nước và hoạt động ổn định ngay cả trong điều kiện tải trọng khối lượng lớn, điều này rất cần thiết cho mục đích sử dụng thực tế. Đáng chú ý, pin thể hiện dung lượng riêng cao vượt quá 1 mAh cm-2, cũng như giữ lại 88,7% dung lượng sau 1.500 chu kỳ, một chỉ báo mạnh mẽ về độ bền lâu dài. Hơn nữa, vì công nghệ này hỗ trợ sản xuất theo từng cuộn, nên nó mở ra cánh cửa cho sản xuất quy mô lớn, đưa pin kẽm-ion đến gần hơn với mục tiêu thương mại hóa trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng.
"Công nghệ này rất phù hợp với các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện, đặc biệt là trong bối cảnh tích hợp năng lượng tái tạo. Bằng cách cho phép sử dụng pin kẽm-ion gốc nước, phương pháp tiếp cận của chúng tôi cung cấp một giải pháp thay thế không bắt lửa, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường cho các hệ thống lithium-ion truyền thống", Giáo sư An nhận xét.
Do đó, nghiên cứu này có thể đóng góp đáng kể vào sự chuyển dịch toàn cầu sang các hệ thống năng lượng sạch và bền vững. Nó giải quyết các rào cản chính trong lưu trữ năng lượng, bao gồm chi phí, khả năng mở rộng và an toàn, đặc biệt là ở các thị trường chưa được phục vụ đầy đủ. Bằng cách giảm sự phụ thuộc vào các vật liệu đắt tiền hoặc nguy hiểm, chẳng hạn như những vật liệu được sử dụng trong pin lithium-ion, công nghệ này hỗ trợ phát triển nền kinh tế pin bền vững và tuần hoàn hơn.
Trên thực tế, nó có thể dẫn đến khả năng tiếp cận rộng rãi hơn với kho lưu trữ năng lượng giá cả phải chăng. Về lâu dài, điều này có thể đóng vai trò trong việc giảm thiểu biến đổi khí hậu, tăng cường công bằng năng lượng và đẩy nhanh quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu.
Tóm lại, công nghệ thế hệ tiếp theo được đề xuất thúc đẩy pin kẽm-ion hiệu suất cao quy mô lớn như một giải pháp lưu trữ năng lượng an toàn và có thể mở rộng.
Thông tin thêm: Heeyeon Heo và cộng sự, Khả năng mở rộng quy mô công nghiệp của pin kẽm-ion: Hiệu suất điện hóa nâng cao với điện cực tải khối lượng lớn trên bộ thu dòng điện kim loại phủ graphene, Advanced Energy Materials (2025). DOI: 10.1002/aenm.202500261
Thông tin tạp chí: Advanced Energy Materials
Cung cấp bởi Đại học Dongguk
