Một nhóm các nhà nghiên cứu ở Trung Quốc đã vừa kéo rèm lại về một thiết kế pin natri-lưu huỳnh mới có thể thay đổi căn bản phép toán về lưu trữ năng lượng. Bằng cách dựa vào chính hóa học mà trong lịch sử đã khiến lưu huỳnh trở thành vấn đề đau đầu của các kỹ sư, họ đã tìm cách chế tạo một loại tế bào có chi phí sản xuất cực kỳ rẻ nhưng vẫn mang lại nguồn năng lượng khổng lồ.
Thiết kế hiện đang được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, sử dụng các nguyên liệu rẻ tiền: lưu huỳnh, natri, nhôm và chất điện phân gốc clo. Trong các thử nghiệm ban đầu, pin đạt mật độ năng lượng trên 2.000 watt-giờ/kg – một con số có thể thổi bay pin natri-ion ngày nay và thậm chí còn khiến pin lithium hàng đầu phải cạnh tranh về mặt tiền bạc.
Lưu huỳnh luôn là “cá voi trắng” của công nghệ pin vì về mặt lý thuyết nó có thể chứa rất nhiều năng lượng
Vấn đề? Trong pin lithium-lưu huỳnh tiêu chuẩn, lưu huỳnh có xu hướng tạo ra các sản phẩm phụ hóa học lộn xộn làm tắc nghẽn hoạt động và làm giảm tuổi thọ của pin. Cách tiếp cận mới này lật ngược kịch bản. Thay vì buộc lưu huỳnh chỉ nhận các điện tử, các nhà nghiên cứu đã thiết lập một hệ thống trong đó lưu huỳnh thực sự tặng chúng.
Bapt
Nó hoạt động như thế này: pin sử dụng cực âm lưu huỳnh nguyên chất và một miếng lá nhôm đơn giản làm cực dương. Nước sốt bí mật là chất điện giải, là hỗn hợp gồm nhôm clorua, muối natri và clo. Khi bạn xả pin, các nguyên tử lưu huỳnh ở cực âm sẽ nhường electron và phản ứng với clo tạo thành lưu huỳnh clorua. Trong khi đó, các ion natri lấy các electron đó và đặt chúng lên lá nhôm.
Video được đề xuất
Vũ điệu hóa học cụ thể này giúp giải quyết các vấn đề xuống cấp thường xảy ra với pin lưu huỳnh. Một lớp carbon xốp giữ cho chất phản ứng được chứa trong đó và một bộ tách sợi thủy tinh ngăn chặn toàn bộ vật liệu bị đoản mạch. Đó là một phản ứng phức tạp nhưng nhóm nghiên cứu đã chứng minh nó diễn ra suôn sẻ và thuận nghịch.
Số liệu thống kê về độ bền ở đây rất ấn tượng
Các tế bào thử nghiệm đã tồn tại sau 1.400 chu kỳ sạc-xả trước khi chúng bắt đầu mất dung lượng đáng kể. Điều kỳ lạ hơn nữa là thời hạn sử dụng: sau hơn một năm không sử dụng, pin vẫn còn 95% mức sạc. Đó là một vấn đề lớn đối với các dự án lưu trữ dài hạn, nơi pin có thể không hoạt động trong nhiều tuần hoặc nhiều tháng.
Bapt
Nhưng yếu tố gây đột phá thực sự là ở mức giá. Dựa trên chi phí nguyên liệu thô, các nhà nghiên cứu ước tính loại pin này có thể có giá khoảng 5 USD/kWh. Nói cách khác, giá đó chưa bằng 1/10 chi phí của nhiều loại pin natri hiện nay và rẻ hơn nhiều so với pin lithium-ion. Nếu họ có thể sản xuất hàng loạt thứ này, nó có thể khiến việc lưu trữ năng lượng tái tạo trên lưới điện trở nên rẻ mạt.
Tất nhiên, có một nhược điểm. Chất điện phân giàu clo mà họ đang sử dụng có tính ăn mòn và khó sử dụng một cách an toàn. Ngoài ra, những con số này đến từ các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm dựa trên trọng lượng của vật liệu hoạt động chứ không phải một tế bào thương mại được đóng gói hoàn chỉnh. Đưa thứ này từ cốc thủy tinh đến sàn nhà máy sẽ là một trở ngại kỹ thuật lớn.
Tuy nhiên, nghiên cứu này là một lời cảnh tỉnh lớn. Nó chứng minh rằng khi các vật liệu tiêu chuẩn như lithium trở nên quá đắt hoặc khan hiếm, việc sáng tạo bằng hóa học “độc đáo” có thể mở ra những cánh cửa mà chúng ta thậm chí còn không biết là có tồn tại.
Nguồn DigitalTrend