Pin “gốc nước” Trung Quốc gây sốc: 120.000 lần sạc xả, tuổi thọ tương đương 329 năm

Một nghiên cứu mới công bố trên Nature Communications cho thấy một loại pin nước sử dụng ion magie và canxi có thể đạt tới 120.000 chu kỳ sạc – xả trong thử nghiệm. Nếu thực hiện một chu kỳ mỗi ngày, con số này tương đương khoảng 329 năm. Tuy nhiên, công nghệ vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu và chưa thể xem là một loại pin thương mại có tuổi thọ 329 năm.

Pin nước giải quyết điểm yếu lớn của công nghệ pin truyền thống

Pin lithium-ion hiện vẫn giữ vai trò chủ đạo trong điện thoại, máy tính, xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng nhờ mật độ năng lượng cao. Tuy nhiên, tuổi thọ chu kỳ, nguy cơ mất an toàn khi xảy ra sự cố nhiệt và vấn đề xử lý sau vòng đời vẫn là những bài toán mà ngành pin phải giải quyết.

Trong bối cảnh đó, pin nước (aqueous battery) đang được nghiên cứu như một hướng đi khác. Thay vì sử dụng dung môi hữu cơ dễ cháy, công nghệ này sử dụng chất điện phân nền nước, giúp giảm đáng kể nguy cơ cháy do bản thân chất điện phân không bắt lửa.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển một hệ pin ion hóa trị hai sử dụng Mg²⁺ và Ca²⁺, kết hợp với một loại polymer hữu cơ cộng hóa trị đặc biệt làm vật liệu điện cực âm. Đáng chú ý, chất điện phân được duy trì ở pH trung tính 7,0, qua đó hạn chế các phản ứng phụ thường làm suy giảm tuổi thọ của pin nước.

120.000 chu kỳ – con số gây chú ý nhất

Điểm nổi bật nhất của nghiên cứu là khả năng hoạt động lâu dài của vật liệu điện cực trong môi trường điện phân trung tính.

Trong thử nghiệm với chất điện phân MgCl₂, hệ điện cực đạt 120.000 chu kỳ sạc – xả và vẫn duy trì khoảng 72,67% dung lượng. Với cấu hình pin hoàn chỉnh, các cell sử dụng MgCl₂ và CaCl₂ cũng duy trì khả năng phóng điện sau 120.000 chu kỳ.

Nếu giả định pin trải qua đúng một chu kỳ sạc – xả mỗi ngày, 120.000 chu kỳ tương đương khoảng 329 năm. Đây chính là nguồn gốc của con số “pin 329 năm” đang gây chú ý.

Tuy nhiên, cần hiểu chính xác rằng 329 năm là phép quy đổi lý thuyết từ số chu kỳ trong phòng thí nghiệm, chứ không phải các nhà nghiên cứu đã vận hành một bộ pin liên tục trong 329 năm. Đây là điểm rất quan trọng khi đánh giá thông tin về công nghệ mới.

Vì sao công nghệ này có thể đạt độ bền cao?

Theo nghiên cứu, một trong những nguyên nhân khiến pin nước truyền thống suy giảm nhanh là các phản ứng phụ xảy ra trong môi trường điện phân có tính axit hoặc kiềm.

Khi đưa hệ điện phân về pH 7, lượng proton tham gia vào quá trình lưu trữ điện tích giảm mạnh. Điều này hạn chế các phản ứng phụ, đồng thời giúp vật liệu điện cực duy trì sự ổn định trong thời gian dài.

Nhóm nghiên cứu sử dụng polymer Hex-TADD-COP với các liên kết được thiết kế để tăng tốc độ vận chuyển ion và giảm những phản ứng không mong muốn. Kết quả cho thấy vật liệu có thể lưu trữ Mg²⁺ và Ca²⁺ ổn định trong điện phân trung tính.

Một chi tiết thú vị là chất điện phân được sử dụng có thể dựa trên các dung dịch muối magie hoặc canxi tương tự loại nước muối được sử dụng trong quá trình làm đậu phụ. Chính đặc điểm này đã khiến công nghệ được truyền thông quốc tế gọi theo hướng khá dễ nhớ là “water battery” hay pin nước.

Không chỉ bền, pin nước còn hướng tới độ an toàn và môi trường

Một lợi thế khác của hệ pin này là chất điện phân nước trung tính không mang đặc tính dễ cháy như dung môi hữu cơ trong nhiều hệ pin lithium-ion.

Nghiên cứu cho biết các cell được phát triển có tính thân thiện môi trường và độc tính thấp; nhóm tác giả cũng đánh giá khả năng xử lý sau vòng đời dựa trên các tiêu chuẩn môi trường liên quan.

Điều này mở ra một hướng đáng chú ý đối với các hệ thống lưu trữ năng lượng cố định, nơi yếu tố an toàn, chi phí vật liệu và tuổi thọ chu kỳ có thể quan trọng hơn kích thước nhỏ gọn.

Nhưng pin 120.000 chu kỳ chưa thể thay thế lithium-ion

Con số 120.000 chu kỳ rất ấn tượng, nhưng tuổi thọ không phải yếu tố duy nhất quyết định một công nghệ pin có thể thương mại hóa hay không.

Một hạn chế lớn của công nghệ hiện tại là mật độ năng lượng còn thấp. Nghiên cứu ghi nhận cell hoàn chỉnh có năng lượng riêng tối đa khoảng 48,3 Wh/kg trong cấu hình CaCl₂. Đây là mức thấp nếu đặt cạnh những hệ pin lithium-ion được tối ưu cho các ứng dụng cần trọng lượng nhẹ và mật độ năng lượng cao.

Nói cách khác, một loại pin có thể sạc hàng trăm nghìn lần nhưng nếu quá nặng hoặc chiếm nhiều không gian thì chưa chắc phù hợp với ô tô điện, điện thoại hay thiết bị di động.

Đây cũng là lý do lưu trữ năng lượng cố định, điện mặt trời và hệ thống BESS có thể là những thị trường phù hợp hơn trong giai đoạn đầu nếu công nghệ này tiến tới thương mại hóa.

Cơ hội mới cho BESS và điện mặt trời

Đối với hệ thống lưu trữ năng lượng, bài toán không chỉ là “pin chứa được bao nhiêu điện” mà còn là pin có thể vận hành bao nhiêu chu kỳ, an toàn đến đâu và tổng chi phí trong suốt vòng đời như thế nào.

Một hệ thống BESS kết hợp điện mặt trời có thể phải thực hiện hàng nghìn chu kỳ sạc – xả trong nhiều năm. Vì vậy, một công nghệ có khả năng chịu số chu kỳ cực lớn sẽ có giá trị đặc biệt nếu đồng thời đạt được chi phí sản xuất và mật độ năng lượng phù hợp.

Với pin nước Mg²⁺/Ca²⁺, lợi thế tiềm năng nằm ở độ bền chu kỳ, chất điện phân không dễ cháy, nguyên liệu tương đối phổ biến và khả năng giảm phụ thuộc vào lithium.

Tuy nhiên, từ một cell thí nghiệm đến một hệ thống BESS công suất hàng MWh là một khoảng cách rất lớn. Công nghệ vẫn cần được kiểm chứng về quy mô cell, mật độ năng lượng, công suất, độ ổn định trong điều kiện thực tế, chi phí sản xuất và khả năng vận hành dài hạn.

“Pin 329 năm” thực chất là gì?

Có thể hiểu đơn giản:

120.000 chu kỳ ≠ pin thương mại dùng được 329 năm.

Con số 329 năm chỉ xuất hiện khi lấy 120.000 chu kỳ chia cho một chu kỳ mỗi ngày. Quan trọng hơn, sau 120.000 chu kỳ, phiên bản MgCl₂ trong nghiên cứu chỉ còn khoảng 72,67% dung lượng ban đầu ở phép thử điện cực tương ứng.

Do đó, cách diễn đạt chính xác hơn là:

“Công nghệ pin nước đạt 120.000 chu kỳ trong thử nghiệm, tương đương khoảng 329 năm nếu quy đổi theo một chu kỳ/ngày.”

Đây là một thành tựu về độ bền chu kỳ trong phòng thí nghiệm, chứ chưa phải lời đảm bảo rằng một bộ pin thương mại có thể hoạt động bình thường trong 329 năm.

Cuộc đua công nghệ pin đang chuyển sang một hướng mới

Sự xuất hiện của pin nước Mg²⁺/Ca²⁺ cho thấy cuộc đua lưu trữ năng lượng không còn chỉ xoay quanh lithium-ion.

Bên cạnh LFP, NMC và sodium-ion, giới nghiên cứu đang phát triển nhiều hệ pin dựa trên những vật liệu khác nhằm giải quyết từng bài toán riêng: giảm chi phí, tăng độ an toàn, kéo dài tuổi thọ hoặc giảm phụ thuộc vào các nguyên liệu có nguồn cung hạn chế.

Nếu những kết quả 120.000 chu kỳ có thể được tái hiện ở quy mô lớn và kết hợp với mật độ năng lượng cao hơn, pin nước có thể trở thành một ứng viên đáng chú ý cho thế hệ BESS và lưu trữ năng lượng tái tạo trong tương lai.

Ở thời điểm hiện tại, điều đáng chú ý nhất không phải là việc một viên pin “sống” 329 năm, mà là việc các nhà khoa học đã chứng minh khả năng vận hành tới 120.000 chu kỳ trong điều kiện thử nghiệm – một cột mốc cho thấy giới hạn về độ bền của công nghệ pin vẫn còn rất nhiều dư địa để được mở rộng.

-------------------------------------------------------------------------------------------------

Theo dõi https://visionpower.vn/ để cập nhật thêm về các sản phẩm khác cũng như tin tức mới nhất về thị trường và công nghệ mới nhất !

  Theo dõi các sản phẩm và tin tức mới tại trang chủ của  https://visionpower.vn/   – Hotline: 0972 542 242

Chuyên phân phối, cung cấp ắc quy – pin lưu trữ – pin xe điện – bảo hành chính hãng – giấy tờ đầy đủ – hỗ trợ tư vấn các giải pháp lưu trữ về năng lượng 

– MST            : 0110354516

– VPGD       : Lô 38 – Liền kề 10 – Khu Đô Thị Văn Khê – P.La Khê – Q.Hà Đông – Hà Nội

– Website.   : www.tongkhoacquy.com -  https://visionpower.vn/

– Facebook : https://www.facebook.com/tongkhopinacquy

– Tiktok       : https://www.tiktok.com/@tongkhoacquypin

– Email       : kd.azcompower@gmail.com

– Hotline     : 0972 542 242