Không muốn pin làm bằng đá? Chúng ta đang ở trong một cuộc cách mạng mới trong lĩnh vực pin sạc? Về tất cả điều này ngày hôm nay.
Trên toàn thế giới, từ lâu đã có một cuộc chạy đua để đạt được hiệu quả tối đa có thể của cái gọi là năng lượng xanh. Các nguồn năng lượng tái tạo không thải khí nhà kính vào khí quyển là tương lai của nền văn minh chúng ta, điều mà không ai nghi ngờ. Đây không còn chỉ là một giấc mơ, mà là nhu cầu của thời đại. Các nhà khoa học ngày càng gióng lên hồi chuông cảnh báo, thúc giục chúng ta tiết kiệm điện và cố gắng sử dụng các thiết bị điện một cách hiệu quả nhất có thể.
Cũng thú vị: Kiểm tra lại Motorola Edge 40: cùng "đỉnh cao đáng tiền"
Pin lithium-ion không còn hiệu quả nữa
Hầu hết các thiết bị chạy bằng pin hoặc pin, từ máy nghe nhạc Walkman đời cũ cho đến điện thoại thông minh hay ô tô điện mới nhất, dựa trên các công nghệ lithium-ion (Li-ion). Chúng đã được sử dụng trong nhiều năm trong hầu hết các thiết bị điện và thiết bị công nghệ, mặc dù chúng không tiết kiệm năng lượng và độ bền cao. Ngoài ra, việc xử lý chúng theo thời gian trở thành một vấn đề thực sự đối với tình hình sinh thái của môi trường chúng ta.
Pin lithium-ion được đặt ở hầu hết mọi nơi vì chúng rẻ và hiệu suất cao. Vì chi phí của những loại pin này đã giảm đáng kể trong thập kỷ qua, chúng đang trở thành giải pháp thay thế khả thi nhất để sử dụng lâu dài, đơn giản chỉ vì sự phong phú tuyệt đối của chúng. Ngày nay, những loại pin này đã đạt được chi phí thấp và tăng mật độ năng lượng không phải nhờ những đột phá về công nghệ, mà nhờ sự tối ưu hóa kỹ thuật đơn giản và bền bỉ của các phương pháp sản xuất, công cụ và hiệu quả.
Tuy nhiên, với sự phát triển của các phương pháp và công nghệ sản xuất điện mới, nhu cầu về các phương pháp lưu trữ hiệu quả ngày càng tăng. Ở quy mô nhỏ, không có vấn đề gì với điều này - giải pháp là nhiều loại pin và bộ tích điện, là một yếu tố hiển nhiên của thực tế như chính điện.
Chúng được sử dụng để cung cấp năng lượng cho điện thoại, các loại ánh sáng khác nhau, chúng đã từng cần thiết để sử dụng đèn pin hoặc máy nghe nhạc, mặc dù tất cả những thứ này hiện đã có trong điện thoại thông minh của chúng ta. Nhưng làm thế nào để bạn lưu trữ năng lượng cần thiết để cung cấp năng lượng cho cả một hộ gia đình? Hóa ra pin cũng có ích trong trường hợp này. Tất nhiên, chúng ta không nói về pin thuộc loại "ngón tay" phổ biến có sẵn trong các cửa hàng, mà là về những thiết bị hoàn toàn mới, bản thân chúng đã là những thành tựu kỹ thuật thú vị.
Nghiên cứu từ lâu đã được tiến hành để phát triển loại pin mới có thể cạnh tranh với pin lithium-ion về hiệu suất, chi phí và độ bền.
Nhiều công nghệ mới này không hoàn toàn mới. Về bản chất, chúng hoạt động tương tự như pin lithium-ion, nhưng sử dụng các vật liệu khác nhau. Dưới đây là một số ví dụ thú vị nhất về công nghệ có thể sớm cách mạng hóa lĩnh vực lưu trữ năng lượng.
Đọc thêm: 7 cách sử dụng tuyệt vời nhất của ChatGPT
Pin thể rắn
Loại pin này, không giống như các loại pin khác, không sử dụng chất điện phân dạng lỏng hoặc gel mà ở dạng rắn. Các chất điện phân như vậy thường ở dạng gốm sứ, thủy tinh, polyme hoặc sulfit. Pin thể rắn hiệu quả hơn vì chúng cung cấp nhiều năng lượng hơn cho cùng kích thước như pin lithium-ion của chúng. Họ có tiềm năng rất lớn, đặc biệt là trong lĩnh vực cung cấp năng lượng cho xe điện.
Pin thể rắn có khả năng giải quyết hầu hết các vấn đề được liệt kê ở trên với pin lithium-ion ngày nay. Pin thể rắn thủy tinh có thể có mật độ năng lượng gấp ba lần bằng cách sử dụng cực dương kim loại kiềm (lithium, natri hoặc kali), làm tăng mật độ năng lượng của cực âm và mang lại tuổi thọ cao. Chất điện phân rắn được coi là không bắt lửa hoặc ít nhất là có khả năng tự bốc cháy. Bản chất không bắt lửa của pin thể rắn cũng làm giảm nguy cơ quá nhiệt, cho phép các tế bào được đóng gói chặt chẽ hơn, do đó tăng tính linh hoạt trong thiết kế và mật độ lớn.
Hy vọng cao cho những loại pin này có liên quan đến thực tế là chúng có thể tồn tại lâu hơn nữa. Và đây là một điểm cộng lớn trong thế giới ngày nay.
Tuy nhiên, pin thể rắn hiện đang ở mức độ sẵn sàng về công nghệ thấp và nghiên cứu cơ bản vẫn đang được tiến hành, gây ra sự không chắc chắn và lo ngại về chi phí sản xuất và khả năng mở rộng cao. Thách thức cũng là đưa chất điện phân rắn vào một quy trình tương thích với thực tiễn sản xuất hiện đại, không ảnh hưởng đến độ bền hoặc giá thành của sản phẩm cuối cùng, đồng thời bổ sung các lợi ích như mật độ năng lượng và năng lượng tốt hơn, tăng độ an toàn và thông lượng cao hơn . .
Đọc thêm: Tôi đã thử nghiệm và phỏng vấn chatbot của Bing
Pin lithium-lưu huỳnh
Pin lithium-lưu huỳnh (Li-S) (đừng nhầm với "lithium-sulfur" - loại pin vĩnh cửu này được cung cấp năng lượng từ các tranh chấp của người Ukraine) bắt đầu được phát triển và nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ trước như một thiết bị hiệu quả cho tích trữ năng lượng bằng các phản ứng điện hóa thuận nghịch. Bất chấp sự phát triển và thương mại hóa nhanh chóng của công nghệ pin lithium-ion (LIB), vẫn chưa đạt được bước đột phá nào để giải quyết những thách thức kỹ thuật quan trọng mà pin lithium-ion phải đối mặt trong những thập kỷ tới. Do đó, vào những năm 2000, pin Li-S đã nhận được sự quan tâm đáng kể từ các nhà phát triển nhờ những ưu điểm của chúng - chi phí thấp và năng lượng riêng lý thuyết cao. Các chỉ số này cao gần gấp 3 lần so với đặc tính của pin lithium-ion hiện tại. Chi phí thấp và hàm lượng lưu huỳnh cao (tức là vật liệu cực âm hoạt động) làm cho pin lithium-lưu huỳnh hấp dẫn hơn so với pin lithium-ion, do thực tế là pin lithium-ion sử dụng các vật liệu quan trọng như coban và niken trong sản xuất cực âm.
Và trong pin lithium-lưu huỳnh, cực âm, là một trong hai điện cực của pin, sẽ được làm bằng lưu huỳnh. Nguyên tố này cân bằng hơn so với niken và coban truyền thống. Pin như vậy hiệu quả hơn pin lithium-ion. Điều này rõ ràng có thể dẫn đến một phạm vi dài hơn của những chiếc xe mà chúng sẽ được sử dụng. Có thể nói rằng lợi thế lớn của các loại pin này là lưu huỳnh là một nguyên liệu thô rẻ tiền và phổ biến. Đồng thời, quy trình sản xuất các loại pin này rất giống với quy trình sản xuất pin lithium-ion, có nghĩa là các thiết bị và năng lực sản xuất giống nhau có thể được sử dụng để sản xuất chúng.
Một ưu điểm khác của các loại pin này là lượng năng lượng cần thiết để sản xuất chúng nhỏ hơn, gần 25%. Tất cả những tính năng này có thể làm cho việc sản xuất pin lithium-lưu huỳnh rất có lãi.
Sự phát triển đã sẵn sàng. Công ty Lyten đã đạt được thành công đặc biệt quan trọng trong lĩnh vực này. Nó đã có toàn bộ nền tảng pin LytCell EV. Công ty cho biết pin của họ rẻ hơn và an toàn hơn so với pin lithium-ion ngày nay và có thể được sử dụng trong các loại xe điện sản xuất hàng loạt được sản xuất tại Mỹ vào giữa thập kỷ này.
Cũng thú vị: Google Bard AI: Mọi thứ bạn cần biết
pin sắt-không khí
Loại pin này hoạt động trên cơ sở quá trình oxy hóa sắt bằng không khí. Trong quá trình nạp lại, các chất bị oxy hóa được chuyển đổi trở lại thành sắt trong một quá trình được gọi là quá trình oxy hóa ngược. Pin sắt-không khí dự kiến sẽ trở nên phổ biến trong tương lai gần, chủ yếu là do chúng cho phép lưu trữ năng lượng lâu hơn gần 25 lần so với pin lithium-ion.
Do trữ lượng rất lớn của cả sắt và không khí, những loại pin như vậy chắc chắn sẽ có giá thấp hơn nhiều. Theo ước tính, giá của chúng có thể thấp hơn các loại pin hiện có khoảng 10 lần! Thật không may, những loại pin như vậy có một nhược điểm đáng kể - do tốc độ oxy hóa sắt chậm nên việc sạc pin có thể mất nhiều thời gian.
Công ty khởi nghiệp Form Energy, xuất hiện trên cơ sở Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) nổi tiếng, đang phát triển thành công pin sắt-không khí. Theo các nhà phát triển, pin Form Energy rẻ hơn gấp lần so với lithium và chúng sử dụng sắt, loại pin có nhiều trên thế giới. Đồng thời, pin sắt-không khí có tuổi thọ cao hơn pin lithium và cũng an toàn hơn vì không bắt lửa.
Hạn chế duy nhất được thấy vào lúc này là những loại pin này sạc chậm, khiến chúng trở thành một lựa chọn kém khả thi hơn so với pin lithium, chẳng hạn như trong trường hợp máy tính xách tay hoặc điện thoại thông minh. Mặt khác, chúng là một giải pháp tuyệt vời để lưu trữ năng lượng ở cấp độ lưới điện quốc gia, vì chúng có thể cung cấp 100 giờ lưu trữ năng lượng, lâu hơn nhiều so với pin lithium, có thể kéo dài tới giờ. Bằng cách này, họ có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp các công viên năng lượng mặt trời và trang trại gió quy mô lớn.
Cũng thú vị: Hiện tượng Bluesky: loại dịch vụ nào và có lâu không?
Pin với đá dăm
Một ví dụ thú vị khác về loại pin mới là loại lưu trữ nhiệt thay vì điện. Ví dụ, công ty Brenmiller Energy của Israel đang nghiên cứu sử dụng các vật liệu thay thế, chẳng hạn như đá, để lưu trữ năng lượng nhiệt. Kể từ năm 2012, Brenmiller Energy đã sử dụng đá nghiền đầu tiên để phát điện và sau đó là để lưu trữ năng lượng nhiệt. Ngược lại, những công nghệ như vậy có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, chẳng hạn như trong công nghiệp.
Thật thú vị, ý tưởng sử dụng đá dăm để lưu trữ năng lượng không hoàn toàn mới. NASA, cơ quan có nhiều công nghệ mới được ghi nhận, đã thử nghiệm các công nghệ lưu trữ năng lượng nhiệt từ những năm 35 của thế kỷ trước. Không giống như các loại pin thông thường, pin do công ty Israel sản xuất sử dụng năng lượng để tạo ra hơi nước, nước nóng hoặc không khí nóng. Brenmiller Energy cho biết nhà máy của họ, được gọi là Tempo, sẽ có thể lưu trữ tới 14 MWh năng lượng, sản xuất tới tấn hơi nước mỗi giờ.
Điều này rất quan trọng đối với nền kinh tế Israel, nơi có tới 45% tổng lượng khí thải liên quan đến năng lượng đến từ lĩnh vực sưởi ấm công nghiệp. Dự án này nhằm thay thế nồi hơi chạy bằng nhiên liệu hóa thạch truyền thống.
Thực tế mới đòi hỏi các giải pháp mới. Sự xuất hiện của các loại pin mới sẽ góp phần phát triển công nghệ trong lĩnh vực tiết kiệm năng lượng. Có lẽ trong một vài năm nữa, máy tính xách tay hoặc điện thoại thông minh của bạn sẽ không còn phải sạc hàng ngày nữa, vì nó sẽ hoạt động trong một tháng, hoặc thậm chí có thể là một năm chỉ với một lần sạc. Đồng thời, loại pin mới không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn góp phần bảo vệ môi trường.
Cũng thú vị: