Gửi bình luận
Các nhà khoa học Trung Quốc đã phát triển một loại pin sử dụng nước có mật độ năng lượng gần gấp đôi pin lithium truyền thống. Điều này mở ra khả năng sử dụng pin nước trong ô tô điện.
Theo một bài báo của nhóm nghiên cứu từ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) đăng trên tạp chí Nature Energy, pin nước sử dụng iodine (iốt) và bromine (brom) có mật độ năng lượng là 1.200 Wh/L (watt giờ trên lít), so với 700 Wh/L của pin lithium không chứa nước truyền thống.
Nhóm nghiên cứu cho biết pin nước của họ cũng an toàn hơn pin lithium không chứa nước, vốn "dễ cháy".
Theo các nhà nghiên cứu, pin ổn định "cho thấy tiềm năng hứa hẹn cho việc phát triển pin nước sạc lại an toàn và mật độ năng lượng cao thế hệ tiếp theo".
Li Xianfeng, tác giả chính của nghiên cứu và là giáo sư tại Viện Vật lý Hóa học Đại Liên thuộc CAS, cho biết: "Phát hiện này có thể mở rộng ứng dụng pin nước trong lĩnh vực pin năng lượng".
Pin lithium là tiêu chuẩn được sử dụng trên toàn thế giới do mật độ năng lượng cao của chúng. Song theo các nhà nghiên cứu, pin lithium truyền thống chứa chất điện phân không nước (thành phần cho phép pin sạc và xả) dễ cháy.
Pin nước được tạo thành từ chất điện phân gốc nước, không gây ra những rủi ro an toàn tương tự.
Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu viết rằng pin nước thường có mật độ năng lượng thấp hơn nhiều so với pin không nước, ở mức dưới 200 Wh/L. Mật độ năng lượng thấp hơn này khiến pin nước "chỉ hấp dẫn với việc lưu trữ năng lượng cố định quy mô lớn", chẳng hạn hệ thống lưu trữ năng lượng điện mặt trời hoặc điện gió lớn.
Dù vậy, các nhà nghiên cứu lưu ý rằng mật độ năng lượng pin nước của họ "vượt qua một số vật liệu điện cực rắn" và có thể có giá thành tương đương với pin lithium truyền thống.
Vật liệu điện cực rắn là một loại vật liệu được sử dụng trong pin, đóng vai trò là nơi xảy ra phản ứng hóa học tạo ra điện năng. Khác với các loại điện cực thông thường sử dụng chất lỏng hoặc gel làm chất điện phân, vật liệu điện cực rắn sử dụng chất rắn làm chất điện phân.
"Nghiên cứu của chúng tôi chứng minh rằng pin nước an toàn với mật độ năng lượng cao là khả thi, mở ra lựa chọn phát triển cho lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện, thậm chí cả ô tô điện", các nhà nghiên cứu cho hay.
1. Iốt (Iodine) là một nguyên tố hóa học có ký hiệu I và số hiệu nguyên tử 53. Nó thuộc nhóm halogen trong bảng tuần hoàn, cùng với flo, clo và brom.
Dưới đây là một số đặc điểm chính của iốt:
Trạng thái tự nhiên
Iốt là chất rắn màu đen tím, có ánh kim loại. Nó không tồn tại ở dạng tự do trong tự nhiên mà chủ yếu tồn tại trong các dạng muối halogen khoáng tinh thể như iodua kali, natri và magie. Hàm lượng iốt trong tự nhiên ít hơn so với clo và brom.
Tính chất
Iốt có tính oxi hóa mạnh nhưng kém clo và brom. Nó phản ứng với nhiều kim loại, phi kim và hợp chất khác. Hơi iốt có màu tím, có mùi hắc và độc hại.
Ứng dụng
Iốt được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm:
- Y tế: Iốt là thành phần thiết yếu cho tuyến giáp để sản xuất hormone tuyến giáp, đóng vai trò quan trọng trong điều hòa sự trao đổi chất, phát triển và chức năng thần kinh. Iốt được sử dụng để điều trị và phòng ngừa các bệnh do thiếu iốt như bướu cổ, suy giáp.
- Công nghiệp thực phẩm: Iốt được sử dụng như một chất phụ gia thực phẩm trong muối iốt để ngăn ngừa thiếu iốt.
- Chụp ảnh: Iốt được sử dụng trong một số loại phim chụp ảnh.
- Xử lý nước: Iốt được sử dụng để khử trùng nước.
2. Brom (Bromine) là một nguyên tố hóa học có ký hiệu Br và số hiệu nguyên tử 35. Nó thuộc nhóm halogen trong bảng tuần hoàn, cùng với flo, clo và iốt (vừa bạn tìm hiểu rồi đấy!).
Dưới đây là một số đặc điểm chính của brom:
Trạng thái tự nhiên
Brom là chất lỏng màu nâu đỏ, bốc khói ở nhiệt độ phòng. Trong tự nhiên, brom không tồn tại ở dạng tự do mà chủ yếu tồn tại trong các hợp chất dạng muối halogen khoáng tinh thể như bromua của kali, natri và magie. Hàm lượng brom trong tự nhiên ít hơn cả flo và clo.
Tính chất
Brom có tính phản ứng hóa học mạnh. Nó có hoạt tính hóa học trung gian giữa clo và iốt. Brom dễ dàng phản ứng với nhiều kim loại, phi kim loại và hợp chất khác. Hơi brom màu nâu đỏ, có mùi hắc và độc hại.
Ứng dụng
Brom được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm:
- Chế tạo hóa chất chống cháy: Brom là thành phần chính trong một số vật liệu chống cháy giúp ngăn chặn cháy lan rộng.
- Sản xuất dược phẩm: Brom được sử dụng trong một số loại thuốc an thần kinh và thuốc sát trùng.
- Công nghiệp lọc dầu: Brom được sử dụng trong quá trình sản xuất xăng có chỉ số octan cao.
- Chụp ảnh: Một số hợp chất của brom từng được sử dụng trong sản xuất phim ảnh.
Pin canxi cung cấp giải pháp thay thế rẻ hơn và an toàn hơn công nghệ lithium
Hồi tháng 2, các nhà khoa học Trung Quốc cho biết đã phát triển được loại pin làm từ canxi có thể sạc lại, cung cấp giải pháp thay thế rẻ hơn và bền vững hơn cho công nghệ lithium.
Nhóm nghiên cứu cũng kết hợp thiết bị canxi-oxy vào sợi để tạo ra loại pin dệt linh hoạt có thể cung cấp năng lượng cho smartphone.
Được làm từ kim loại có cường độ dồi dào gấp 2.500 lần so với lithium, pin của các nhà khoa học Trung Quốc có thể sạc và xả ổn định hoàn toàn 700 lần ở nhiệt độ phòng - thành tích đầu tiên cho công nghệ dựa trên canxi.
“Pin có thể biến hóa học canxi thành một công nghệ lưu trữ năng lượng bền vững, đầy hứa hẹn”, nhóm nghiên cứu từ Đại học Phúc Đán (Trung Quốc) cho biết trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature.
Pin lithium-ion được biết đến với mật độ năng lượng cao, khả năng cung cấp năng lượng mạnh mẽ trong kích thước hoặc trọng lượng tương đối nhỏ và được sử dụng rộng rãi nhất trên toàn thế giới.
Tuy nhiên, việc đảm bảo nguồn cung cấp lithium đáng tin cậy là rất quan trọng để mở rộng các ngành công nghiệp bền vững như lưu trữ năng lượng tái tạo và ô tô điện.
Cơ quan Năng lượng Quốc tế đã dự báo sẽ xảy ra thiếu hụt lithium vào năm 2025 do nhu cầu về ô tô điện tăng mạnh trong bối cảnh nỗ lực toàn cầu đạt mục tiêu lượng phát thải ròng bằng 0. Khai thác lithium cũng là quá trình tốn kém và tốn nhiều nước.
Theo bài báo trên tạp chí Nature, pin làm từ canxi “được kỳ vọng sẽ rẻ hơn và an toàn hơn so với pin lithium-ion” trong khi vẫn cung cấp công suất năng lượng tương đương về mặt lý thuyết.
Nhóm nghiên cứu cho biết trong số các loại pin làm từ canxi, hệ thống canxi-oxy có “mật độ năng lượng lý thuyết cao nhất”. Điều này là do nhiên liệu của pin được lấy từ oxy trong không khí chứ không phải từ vật liệu được lưu trữ bên trong pin.
Tuy nhiên, pin canxi-oxy không hoạt động ổn định ở nhiệt độ phòng. Đến nay, các nỗ lực để phát triển một pin canxi-oxy có thể hoạt động ổn định ở nhiệt độ phòng và có khả năng sạc lại chưa đạt được thành công.
Việc tìm ra chất điện phân (thành phần trong pin cho phép sạc và xả) không gây ra phản ứng canxi làm hạn chế dung lượng pin là một thách thức lớn với các nhà nghiên cứu.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu tại Đại học Phúc Đán đã tạo ra chất điện phân dạng lỏng có thể chứa cả thành phần canxi và oxy của pin.
Nhóm nghiên cứu cho biết pin sạc mà họ sản xuất có thể cung cấp giải pháp thay thế rẻ hơn cho pin dựa trên lithium với tiềm năng ứng dụng trên phạm vi rộng.
Theo nhóm nghiên cứu, pin sạc lại mà họ sản xuất có thể cung cấp giải pháp thay thế rẻ hơn so với pin dựa trên lithium với tiềm năng ứng dụng trên phạm vi rộng.
Nhóm nghiên cứu viết: “Pin canxi-oxy được đề xuất có khả năng ổn định trong không khí và có thể được chế tạo thành sợi linh hoạt dùng cho pin trong các hệ thống đeo thông minh thế hệ mới”.
Sau khi phủ các thành phần của pin lên sợi, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng pin sợi của họ có thể hoạt động ổn định ngay cả khi bị uốn cong từ 0 đến 180 độ.
Dù hiệu suất và dung lượng pin của họ vẫn còn hạn chế nhưng nhóm này cho biết kỹ thuật tiếp theo có thể cải thiện hoạt động của pin và nghiên cứu nêu trên cũng mở ra nhiều con đường hơn để sản xuất pin canxi bằng các vật liệu khác.
