Công nghệ pin mới rẻ hơn lithium 80 lần, tuổi thọ tới 16 năm

[Mẫn Nhi]

Mặc dù pin lithium đang giữ vị trí thống trị trong thế giới công nghệ, những rào cản về chi phí đắt đỏ, sự đứt gãy chuỗi cung ứng và rủi ro cháy nổ vẫn là bài toán nan giải cho việc lưu trữ năng lượng quy mô lớn.

Trong bối cảnh đó, các nhà nghiên cứu tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã công bố một bước tiến quan trọng: phát triển thành công pin dòng chảy hoàn toàn bằng sắt. Loại pin sắt này sử dụng các vật liệu rẻ tiền, dồi dào và đặc biệt an toàn nhờ chất điện phân gốc nước, mở ra triển vọng thay thế pin lithium trong tương lai.

Ưu thế về chi phí và độ bền vượt trội​

Điểm ấn tượng nhất của công nghệ mới nằm ở tính kinh tế. Theo dữ liệu từ nghiên cứu, sắt ở dạng thô có giá thành thấp hơn gần 80 lần so với lithium. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng tổng chi phí của một hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin sắt sẽ không rẻ hơn 80 lần so với hệ thống lithium, bởi dự án còn bao gồm các chi phí cấu thành khác như bể chứa, màng lọc, hệ thống máy bơm và các thiết bị điện tử điều khiển.

Về hiệu suất vận hành, báo cáo trên tạp chí Advanced Energy Materials cho thấy loại pin này có khả năng chịu được hơn 6.000 chu kỳ sạc và xả mà không gặp tình trạng suy giảm dung lượng đáng kể. Với tần suất sử dụng hằng ngày, tuổi thọ của pin có thể kéo dài tới 16 năm, một con số lý tưởng cho các hạ tầng năng lượng dài hạn.

Cơ chế hoạt động và tính ứng dụng thực tiễn​

Khác biệt hoàn toàn với pin trong các thiết bị cầm tay hay xe điện, pin dòng chảy lưu trữ năng lượng trong các chất điện phân dạng lỏng được chứa ở bể ngoài và bơm qua các cell pin. Cấu trúc này khiến pin sắt trở nên phù hợp hơn cả cho các trang trại lưu trữ năng lượng mặt trời và gió, nơi không gian không phải là rào cản lớn như trên các phương tiện di động.

Một trong những ưu điểm lớn nhất của công nghệ này là độ an toàn. Việc sử dụng chất điện phân gốc nước giúp loại bỏ hoàn toàn nguy cơ cháy nổ vốn thường trực trên các dòng pin sử dụng dung môi hữu cơ dễ cháy. Điều này đặc biệt quan trọng khi triển khai các hệ thống lưu trữ năng lượng khổng lồ gần khu dân cư hoặc các khu vực nhạy cảm.

Vượt qua rào cản kỹ thuật để hướng tới thương mại hóa​

Dù pin sắt đã được nghiên cứu từ lâu, chúng thường gặp phải các vấn đề về suy giảm hiệu suất và khả năng đảo ngược phản ứng kém. Nhóm nghiên cứu đã giải quyết thách thức này bằng cách thiết kế lại chất điện phân ở cấp độ phân tử. Hợp chất mới đóng vai trò bảo vệ trung tâm sắt, giúp giảm thiểu sự tấn công của hydroxit và duy trì tính ổn định cho hệ thống.

Tuy nhiên, con đường từ phòng thí nghiệm đến thực tế vẫn còn khoảng cách. Hiện tại, các kết quả khả quan mới chỉ dừng lại ở quy mô thí nghiệm và chưa có bất kỳ dự án thí điểm hay lộ trình sản xuất thương mại nào được công bố chính thức. Nếu có thể mở rộng quy mô thành công, pin sắt hứa hẹn sẽ là mảnh ghép hoàn hảo cho năng lượng tái tạo, giúp duy trì nguồn điện ổn định ngay cả khi trời không có nắng hoặc gió lặng.

FAQ​

Pin sắt có tuổi thọ bao lâu?​

Pin sắt có khả năng hoạt động hơn 6.000 chu kỳ sạc-xả, tương đương với khoảng 16 năm sử dụng nếu sạc xả hằng ngày.

Tại sao pin sắt lại an toàn hơn pin lithium?​

Pin sắt sử dụng chất điện phân gốc nước thay vì các dung môi hữu cơ dễ cháy, do đó loại bỏ được nguy cơ cháy nổ.

Pin sắt có thể dùng cho xe điện không?​

Hiện tại, công nghệ pin dòng chảy bằng sắt phù hợp hơn cho các trang trại lưu trữ năng lượng mặt trời và gió quy mô lớn do cần hệ thống bể chứa và máy bơm cồng kềnh, không phù hợp cho không gian nhỏ hẹp như xe điện hay laptop.