Vật liệu quang nhiệt cải thiện hiệu suất pin nước trong điều kiện nhiệt độ thấp
Tác giả: Nhà xuất bản Đại học Thanh Hoa
Hình minh họa cho thấy hệ thống pin nước quang nhiệt được thiết kế cho môi trường nhiệt độ thấp. Ánh sáng mặt trời được thu thập bởi một bộ thu năng lượng mặt trời và được dẫn qua một màn trập ánh sáng để làm nóng pin, tăng nhanh nhiệt độ bên trong pin từ -20℃ lên +23℃. Hệ thống cũng tích hợp bộ điều khiển ánh sáng/nhiệt độ để duy trì hoạt động ổn định, đảm bảo hiệu suất hiệu quả ngay cả trong điều kiện dưới 0 độ. Nguồn: Energy Materials and Devices, Nhà xuất bản Đại học Thanh Hoa
Pin nước đã nổi lên như một lựa chọn đầy hứa hẹn cho việc lưu trữ năng lượng quy mô lớn do giá cả phải chăng, an toàn và lợi ích về môi trường. Tuy nhiên, ứng dụng của chúng trong điều kiện khí hậu lạnh đã bị cản trở bởi các vấn đề về hiệu suất ở nhiệt độ dưới 0 độ, khi chất điện phân đóng băng và quá trình truyền ion giảm làm chậm hệ thống.
Các giải pháp thông thường như sưởi ấm bên ngoài tốn nhiều năng lượng và không hiệu quả, thúc đẩy các nhà nghiên cứu khám phá các chiến lược mới có thể nâng cao hiệu suất ở nhiệt độ thấp của pin nước mà không ảnh hưởng đến hiệu quả hoặc tăng thêm độ phức tạp.
Hiện nay, các nhà nghiên cứu từ Đại học New South Wales và Đại học Công nghệ Tiên tiến Thâm Quyến đã phát triển một loại pin nước hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ dưới 0 độ.
Được công bố trên tạp chí Energy Materials and Devices, nghiên cứu này tiết lộ cách các bộ thu dòng quang nhiệt và điện cực treo cho phép pin tự tạo ra nhiệt và duy trì hiệu suất ổn định trong điều kiện khí hậu lạnh. Hệ thống sử dụng vật liệu nền đen Ketjen để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng nhiệt, cung cấp giải pháp thiết thực cho việc lưu trữ năng lượng ở các vùng cực và lạnh.
Cải tiến cốt lõi của nghiên cứu này là tích hợp vật liệu quang nhiệt vào bộ thu dòng của pin, cho phép pin tự làm nóng và hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ thấp. Các bộ thu nền đen Ketjen hấp thụ ánh sáng mặt trời trên một quang phổ rộng (hiệu suất 98% từ 200 đến 2.500 nm), nhanh chóng tạo ra nhiệt giúp tăng nhiệt độ lõi của pin từ -18°C lên 20°C chỉ trong 22 phút. Sau đó, nhiệt được phân phối đều bằng các điện cực treo có độ dẫn nhiệt cao.
Để tăng cường tính ổn định, hệ thống bao gồm một bộ tập trung ánh sáng và cơ chế kiểm soát nhiệt độ, cho phép pin duy trì nhiệt độ lõi ở mức 20°C trong các chu kỳ sạc-xả, ngay cả khi nhiệt độ bên ngoài dao động trong khoảng từ -5°C đến 5°C. Công nghệ này giải quyết hiệu quả các hạn chế về điện hóa mà pin nước gặp phải ở các vùng lạnh, cung cấp một giải pháp khả thi cho việc lưu trữ năng lượng quy mô lớn.
Công trình này là thành công chung của Đại học New South Wales (UNSW) và Đại học Công nghệ Tiên tiến Thâm Quyến (SUAT). Nhà nghiên cứu chính, Tiến sĩ Dawei Wang, cựu nghiên cứu viên tại UNSW, sẽ tích hợp các nguồn lực trí tuệ và nền tảng công nghệ tại SUAT và UNSW để cho phép chuyển giao công nghệ.
Ông nhận xét, "Chúng tôi nỗ lực thúc đẩy thiết kế sáng tạo của các công nghệ năng lượng ròng bằng không. Trong ví dụ cụ thể này, chúng tôi đã phác thảo khái niệm và tạo ra hệ thống để đạt được khả năng sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời của một thiết bị pin phức tạp. Chúng tôi hy vọng việc chuyển giao giải pháp này sẽ đáp ứng được nhu cầu công nghiệp mới nổi đối với pin nhiệt độ rộng".
Sự tiến bộ trong công nghệ pin này hứa hẹn sẽ mở rộng việc sử dụng pin nước trong lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện, đặc biệt là ở các vùng lạnh. Với hiệu suất nhiệt độ thấp được cải thiện, những loại pin này có thể được triển khai ở các vùng cực, cung cấp một giải pháp thay thế tiết kiệm chi phí và bền vững cho các hệ thống lithium-ion.
Việc kết hợp công nghệ quang nhiệt mở ra cánh cửa cho những cải tiến hơn nữa trong cơ chế tự làm nóng pin, tăng hiệu quả năng lượng trong nhiều ứng dụng, từ lưu trữ năng lượng tái tạo đến xe điện hoạt động ở vùng khí hậu lạnh.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
