Dòng oxi hóa khử: Phát minh mới về pin năng lượng

Phần mềm làm thay đổi ngành công nghiệp dầu khí
Honeywell ra mắt sản phẩm máy phát hiện bốn loại khí

Ông Matthew Sigman tại Trường Đại học Utah và là đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: "Hợp chất đầu tiên của chúng tôi có nửa vòng đời dao động từ 8-12 giờ. Các hợp chất mà chúng tôi dự báo hoạt động ổn định trong nhiều tháng".

Vì mặt trời không phải lúc nào cũng tỏa sáng, nên các trạm khai thác năng lượng mặt trời cần có một phương thức để lưu trữ năng lượng dư thừa cho những ngày mưa. Tình trạng này cũng tương tự như ở các trạm năng lượng gió vì gió không thổi liên tục. Để tận dụng tối đa năng lượng tái tạo, lưới điện cần có pin cỡ lớn tích trữ điện từ các thiết bị khai thác năng lượng gió và mặt trời để sử dụng khi cần. Một số công nghệ lưu trữ hiện nay có tiềm năng rất hấp dẫn cho lưới điện, nhưng lại không hiệu quả và có tuổi thọ ngắn.

Không phải pin thường

Đối với khách hàng sử dụng tấm pin mặt trời gia dụng thông thường, điện cần được sử dụng ngay lúc được sản xuất, bán lại cho lưới điện, hoặc được lưu trữ trong pin. Hiện pin chì hoặc pin lithium ion đã có mặt trên thị trường, nhưng mỗi loại có những hạn chế khi sử dụng với lưới điện.

Tất cả các loại pin đều chứa các hóa chất lưu trữ và giải phóng điện tích. Tuy nhiên, pin dòng oxi hóa khử không giống như pin ô tô, hoặc điện thoại di động.

Pin dòng oxi hóa khử thay vì sử dụng 2 thùng chứa để lưu trữ năng lượng, lại được ngăn cách nhau bởi một bộ điện cực trơ tập trung. Thùng chứa dung dịch gồm các phân tử, hay nguyên tử tích điện, gọi là chất điện phân quanh cực dương và chất điện phân quanh cực âm, có khả năng lưu trữ, giải phóng điện tích khi dung dịch "chảy" qua các điện cực, tùy thuộc vào việc điện được cung cấp cho pin, hoặc được khai thác từ đó.

Pin dòng oxi hóa khử hiện nay sử dụng các dung dịch chứa vanadi, loại vật liệu đắt tiền đòi hỏi mức độ an toàn cao hơn trong việc xử lý do nó có độc tính tiềm năng. Việc chế tạo pin là một hành động cân bằng hóa học, vì các phân tử lưu trữ nhiều điện tích hơn có xu hướng ít ổn định, mất điện tích và hỏng nhanh.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra các công nghệ pin thế hệ mới. Phòng thí nghiệm Sanford đã phát triển và thử nghiệm các phân tử chất điện phân tiềm năng và tìm cách sử dụng công nghệ dự báo để thiết kế các hợp chất tốt hơn cho pin.

Các nhà khoa học đã sử dụng một phương pháp tính toán, trong đó sử dụng các đặc điểm cấu trúc của một phân tử để dự báo tính chất của nó. Một cách tiếp cận tương tự được áp dụng rộng rãi trong phát triển thuốc để dự đoán tính chất của các loại thuốc triển vọng.

Kết quả nghiên cứu đã phát hiện ra một hợp chất tiềm năng phân hủy khi hai phân tử tương tác với nhau. Việc điều chỉnh một thông số quan trọng của các phân tử đó về cơ bản là đặt một thanh chắn hoặc lá chắn làm chệch hướng xung quanh phân tử ứng viên. 

Chất điện phân quanh cực dương dựa vào phân tử hữu cơ pyridinium. Nó không chứa kim loại và sẽ hòa tan trong dung môi hữu cơ, tăng cường hơn nữa sự ổn định của nó. Các hợp chất khác có nửa vòng đời dài hơn, nhưng chất điện phân quanh cực dương tạo sự kết hợp tốt nhất giữa độ ổn định và tiềm năng oxi hóa khử, có liên quan trực tiếp đến mức năng lượng nó có thể lưu trữ.

Các nhà khoa học hiện đang nghiên cứu tìm một chất điện phân quanh cực âm để ghép với phân tử này và các phân tử khác tương lai. Các dấu mốc kỹ thuật khác nằm ở việc phát triển công nghệ pin dòng oxi hóa khử mới, nhưng việc xác định một khuôn khổ để cải thiện các thành phần pin là bước đầu tiên quan trọng.

NGUỒN: VISTA/ NASATI/ SCIENCEDAILY