Ngày 14 tháng 2023 năm XNUMX (Tin tức Nanowerk) Hai chất lỏng màu sủi bọt qua ống: Đây có phải là hình dáng của pin trong tương lai? Nhà nghiên cứu David Reber của Empa đã bắt đầu trả lời câu hỏi này trong bốn năm tới với sự hỗ trợ của khoản tài trợ Ambizione từ Quỹ Khoa học Quốc gia Thụy Sĩ (SNSF). Cái gọi là pin dòng oxi hóa khử đã được biết đến từ những năm 1970. Không giống như pin lithium-ion thông thường, chúng lưu trữ năng lượng không phải trong các điện cực rắn mà trong các thùng chứa dung dịch điện phân lỏng. Quá trình nạp và xả không diễn ra trong bình chứa; thay vào đó, chất điện giải được bơm qua một tế bào điện hóa. Pin lỏng không phù hợp cho điện thoại di động, máy tính xách tay hoặc ô tô. Nhưng chúng rất hứa hẹn cho các giải pháp lưu trữ cố định. Vì năng lượng được lưu trữ bên ngoài tế bào thực tế nên pin dòng có thể được hưởng lợi từ việc chia tỷ lệ đơn giản và có mục tiêu. Một tế bào điện hóa lớn hơn giúp pin sạc và xả nhanh hơn, bình điện phân lớn hơn cho phép pin lưu trữ nhiều năng lượng hơn. Reber cho biết: “Khi chúng ta sử dụng nhiều năng lượng tái tạo hơn, chúng ta sẽ cần lưu trữ năng lượng trên quy mô lớn – ngay cả ở các khu vực thành thị”. Một điểm khác đối với pin dòng: Nếu sử dụng chất điện phân gốc nước, về cơ bản chúng không bắt lửa, không giống như pin lithium-ion thông thường.
Dòng pin tách biệt quá trình sạc khỏi bộ lưu trữ năng lượng. (Hình ảnh: Empa) Reber hiện muốn giải quyết chính xác vấn đề này trong công việc của mình tại phòng thí nghiệm Chuyển đổi Năng lượng Vật liệu của Empa – bằng một cách tiếp cận khác thường. Trong khi hầu hết các dự án về pin dòng đều tập trung vào khả năng hòa tan tốt hơn của vật liệu lưu trữ, ông muốn tách hoàn toàn việc lưu trữ năng lượng khỏi dung dịch điện phân. Ông nói: “Tầm nhìn của tôi là phát triển sự kết hợp giữa các loại pin dòng và pin lithium-ion. Để làm được điều này, Reber muốn bổ sung thêm các vật liệu lưu trữ rắn, chẳng hạn như những vật liệu được sử dụng trong pin điện thoại di động, vào thùng chứa pin dòng. Reber giải thích: “Nếu vật liệu hòa tan và vật liệu lưu trữ rắn khớp chính xác với nhau, chúng có thể truyền năng lượng cho nhau. “Điều này cho phép khả năng mở rộng của pin dòng được kết hợp với mật độ năng lượng cao của pin với vật liệu lưu trữ rắn.”
Mật độ năng lượng thuê ngoài
Tuy nhiên, công nghệ vẫn chưa bắt kịp. Reber biết vấn đề chính: “Pin dòng chảy có mật độ năng lượng thấp hơn khoảng mười lần so với pin làm bằng vật liệu lưu trữ rắn,” ông giải thích. Càng nhiều vật liệu lưu trữ có thể hòa tan trong chất điện phân thì mật độ năng lượng của pin dòng càng cao. Nhà nghiên cứu cho biết: “Tuy nhiên, nồng độ cao sẽ làm dung dịch đặc lại và bạn cần nhiều năng lượng hơn để bơm dung dịch qua tế bào”.
Dòng pin tách biệt quá trình sạc khỏi bộ lưu trữ năng lượng. (Hình ảnh: Empa) Reber hiện muốn giải quyết chính xác vấn đề này trong công việc của mình tại phòng thí nghiệm Chuyển đổi Năng lượng Vật liệu của Empa – bằng một cách tiếp cận khác thường. Trong khi hầu hết các dự án về pin dòng đều tập trung vào khả năng hòa tan tốt hơn của vật liệu lưu trữ, ông muốn tách hoàn toàn việc lưu trữ năng lượng khỏi dung dịch điện phân. Ông nói: “Tầm nhìn của tôi là phát triển sự kết hợp giữa các loại pin dòng và pin lithium-ion. Để làm được điều này, Reber muốn bổ sung thêm các vật liệu lưu trữ rắn, chẳng hạn như những vật liệu được sử dụng trong pin điện thoại di động, vào thùng chứa pin dòng. Reber giải thích: “Nếu vật liệu hòa tan và vật liệu lưu trữ rắn khớp chính xác với nhau, chúng có thể truyền năng lượng cho nhau. “Điều này cho phép khả năng mở rộng của pin dòng được kết hợp với mật độ năng lượng cao của pin với vật liệu lưu trữ rắn.”
Cần: vật liệu phù hợp
Nhưng trước tiên, nhà nghiên cứu cần tìm ra những cặp vật liệu phù hợp cho phép trao đổi năng lượng đồng thời vẫn ổn định trong một khoảng thời gian dài. Ông nói: “Lý tưởng nhất là pin dòng oxi hóa khử có thể hoạt động trong khoảng 20 năm. Việc một cặp vật liệu có khớp với nhau hay không phụ thuộc vào cái được gọi là thế oxy hóa khử của các chất: chúng cho hoặc nhận electron ở điện áp nào. Reber nói: “Tôi đã nghĩ đến một số cặp có thể xảy ra. Và nếu một cặp hứa hẹn không hoàn toàn phù hợp, thì thế oxy hóa khử của nó có thể bị điều chỉnh bằng một số điều chỉnh hóa học nhất định. Một trong những ý tưởng của Reber là sử dụng chelate làm vật liệu lưu trữ hòa tan: một phân tử hữu cơ nhiều nhánh “bao bọc” xung quanh một ion kim loại. Tùy thuộc vào số lượng nhánh mà phân tử hữu cơ - phối tử - có, thế năng oxy hóa khử thay đổi. Reber đã tiến hành nghiên cứu về pin dòng oxy hóa khử dựa trên chelate trong thời gian sau tiến sĩ tại Đại học Colorado Boulder, nhờ đó anh sẽ nhận được Giải thưởng Postdoc của Bộ phận Pin danh giá tại cuộc họp thường niên của Hiệp hội Điện hóa ở Gothenburg vào tháng XNUMX. Khi kết thúc giai đoạn tài trợ Ambizione kéo dài XNUMX năm, Reber hy vọng sẽ có được một bộ pin hoạt động tốt với bộ lưu trữ rắn bổ sung. Ông nói: “Nếu phương pháp này hiệu quả thì các ứng dụng tiềm năng sẽ rất đa dạng. Ví dụ, pin dòng nhỏ gọn có kiểu dáng linh hoạt sẽ dễ dàng tích hợp hơn ở khu vực thành thị. Nhà nghiên cứu cho biết thêm: “Tất cả những gì cần có là máy bơm và một vài đường ống”.- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=64048.php
