Một khái niệm mới có thể làm cho pin thân thiện với môi trường hơn
Oct 27, 2021
Một khái niệm mới cho pin nhôm có mật độ năng lượng gấp đôi so với các phiên bản trước, được làm bằng vật liệu dồi dào và có thể dẫn đến giảm chi phí sản xuất và tác động đến môi trường. Ý tưởng này có tiềm năng cho các ứng dụng quy mô lớn, bao gồm lưu trữ năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Chalmers, Thụy Điển và Viện Hóa học Quốc gia, Slovenia, đứng sau ý tưởng này.
Sử dụng công nghệ pin nhôm có thể mang lại một số lợi thế, bao gồm mật độ năng lượng lý thuyết cao và thực tế là đã tồn tại một ngành công nghiệp được thiết lập để sản xuất và tái chế. So với pin lithium-ion của' các nhà nghiên cứu' khái niệm mới có thể dẫn đến chi phí sản xuất thấp hơn rõ rệt.
& quot; Chi phí vật liệu và tác động môi trường mà chúng tôi hình dung từ khái niệm mới của mình thấp hơn nhiều so với những gì chúng ta thấy ngày nay, khiến chúng khả thi để sử dụng trên quy mô lớn, chẳng hạn như công viên pin mặt trời hoặc lưu trữ năng lượng gió," Patrik Johansson, Giáo sư tại Khoa Vật lý tại Chalmers, cho biết.
& quot; Ngoài ra, khái niệm pin mới của chúng tôi có mật độ năng lượng gấp đôi so với pin nhôm' hiện đại' hôm nay."
Các thiết kế trước đây cho pin nhôm đã sử dụng nhôm làm cực dương (điện cực âm) - và than chì làm cực âm (điện cực dương). Nhưng than chì cung cấp hàm lượng năng lượng quá thấp để tạo ra các tế bào pin có đủ hiệu suất để hữu ích.
Nhưng trong khái niệm mới, được trình bày bởi Patrik Johansson và Chalmers, cùng với một nhóm nghiên cứu ở Ljubljana do Robert Dominko dẫn đầu, graphite đã được thay thế bằng một cathode hữu cơ, có cấu trúc nano, được làm bằng phân tử carbon anthraquinone.
Cực âm anthraquinone đã được phát triển rộng rãi bởi Jan Bitenc, trước đây là khách mời nghiên cứu tại Chalmers từ nhóm tại Viện Hóa học Quốc gia ở Slovenia.
Ưu điểm của phân tử hữu cơ này trong vật liệu làm catốt là nó cho phép lưu trữ các hạt mang điện tích dương từ chất điện phân, dung dịch trong đó các ion di chuyển giữa các điện cực, làm cho mật độ năng lượng trong pin cao hơn.
& quot; Vì vật liệu cathode mới cho phép sử dụng vật mang điện thích hợp hơn, nên pin có thể sử dụng tốt hơn tiềm năng của nhôm' Bây giờ, chúng tôi đang tiếp tục công việc bằng cách tìm kiếm một chất điện phân tốt hơn nữa. Phiên bản hiện tại có chứa clo - chúng tôi muốn loại bỏ điều đó," Niklas Lindahl, nhà nghiên cứu của Chalmers, cho biết, người nghiên cứu các cơ chế bên trong chi phối việc lưu trữ năng lượng.
Cho đến nay, không có loại pin nhôm nào được bán trên thị trường, và ngay cả trong giới nghiên cứu, chúng còn tương đối mới. Câu hỏi đặt ra là liệu pin nhôm cuối cùng có thể thay thế pin lithium-ion hay không.
& quot; Tất nhiên, chúng tôi hy vọng rằng họ có thể làm được. Nhưng trên hết, chúng có thể bổ sung, đảm bảo rằng pin lithium-ion chỉ được sử dụng ở những nơi thực sự cần thiết. Cho đến nay, pin nhôm chỉ có mật độ năng lượng bằng một nửa so với pin lithium-ion, nhưng mục tiêu dài hạn của chúng tôi là đạt được cùng mật độ năng lượng. Vẫn còn việc phải làm với chất điện phân và với việc phát triển các cơ chế sạc tốt hơn, nhưng về nguyên tắc nhôm là chất mang điện tích tốt hơn đáng kể so với lithium, vì nó là chất điện phân đa hóa trị - có nghĩa là mọi ion' bù lại' cho một số electron. Hơn nữa, pin có khả năng ít gây hại cho môi trường hơn đáng kể," Patrik Johansson nói.
