• Thứ Ba, 01/07/2014 10:29 (GMT+7)

    Pin sạc hữu cơ chi phí thấp, ‘xanh’, tuổi thọ cao

    Thay vì sử dụng kim loại làm điện cực, công nghệ pin mới lại sử dụng những vật liệu hữu cơ hòa tan trong nước nên rất thân thiện với môi trường.

    Pin Lithium-ion hiện tại đã trở nên quá quen thuộc với các thiết bị điện tử di động ngày nay. Tuy nhiên, công nghệ pin phổ biến này vẫn tồn tại khá nhiều nhược điểm như nhiệt lượng phát sinh hay những thành phần nguyên liệu độc hại mà chúng sử dụng. Chính những yếu tố này đã khiến việc ứng dụng rộng rãi pin Lithium-ion còn gặp nhiều hạn chế.

    Mới đây, nhóm các nhà khoa học tại Đại học Nam California (USC) đã nghiên cứu, giới thiệu một loại pin hữu cơ ORBAT (Organic Redox Flow Battery) hoàn toàn mới, không chỉ rẻ, thân thiện với môi trường hơn - mà còn có thể được dùng như là những phương tiện để lưu trữ một lượng điện năng lớn từ các nhà máy điện gió hay các nhà máy điện năng lượng mặt trời.

    Mô hình pin ORBAT sử dụng các điện cực làm từ những hữu cơ có thể hòa tan trong nước. Ảnh: ecsdl.

    Về mặt công nghệ, mẫu pin ORBAT mà nhóm khoa học gia tại USC phát triển cũng tương tựa như các loại pin nhiên liệu được dùng để cung cấp năng lượng điện cho máy bay không người lái Helios của NASA. Pin sử dụng cấu trúc gồm 2 bể chứa các hợp chất hóa học có tính chất điện hóa. Các hợp chất từ bể chứa sẽ được bơm vào các tế bào nhiên liệu được ngăn cách bởi các màng lọc. Khi các hợp chất này đi xuyên qua lớp màng, năng lượng điện được tạo ra. Theo nhóm nghiên cứu tại USC, năng lượng điện mà một tế bào có thể lưu trữ phụ thuộc vào kích thước của các bể chứa và đây chính là một ưu điểm vượt trội so với các loại pin thông thường. Pin hữu cơ mới của USC còn có tuổi thọ cao hơn nhiều so với các pin lithium-ion ngày nay. Theo Giáo sư Sri Narayan, thế hệ pin mới của USC có chu kỳ sạc-xả lên đến 5.000 lần, tương đương với tuổi thọ sử dụng có thể lên đến 15 năm. Trong khi đó, pin Lithium-ion thông thường sẽ bắt đầu suy giảm khả năng lưu điện sau 1.000 lần sạc.

    Sở dĩ thế hệ pin mới có những ưu điểm vượt trội hơn hẳn là vì loại vật liệu tích điện mà pin này sử dụng. Thay vì sử dụng các kim loại có độc tính, nhóm khoa học gia tại USC đã thay thế bằng các hợp chất hữu cơ có thể hòa tan trong nước. Bằng phương pháp thử sai, các nhà nghiên cứu đã phát triển thành công những vật liệu dựa trên các hợp chất hữu cơ bị oxy hóa được gọi là “Quinon” (có thể tìm thấy trong thực vật, nấm, vi khuẩn và một số động vật tham gia vào quang hợp và hô hấp tế bào) dùng làm điện cực cho pin. Trong đó, Quinon dùng cho điện cực dương là 1,2-dihydrobenzoquinone- 3,5-disulfonic acid; Quinon ở cực âm là anthraquinone-2-sulfonic acid hoặc anthraquinone-2,6-disulfonic acid. Các Quinon được sử dụng trong các pin hiện nay được sản xuất từ những hydrocacbon tự nhiên. Nhóm nghiên cứu cũng hy vọng sẽ sớm lấy được chúng trực tiếp từ carbon dioxide. Tuy nhiên, mục tiêu trước mắt vẫn là mở rộng công nghệ pin này và làm cho chúng thực tế hơn nữa. Có thể nói, công nghệ pin hữu cơ của nhóm nghiên cứu USC tương lai sẽ hình thành những “ngân hàng” pin quy mô lớn thân thiện với môi trường và chi phí hiệu quả.
     

    Nguồn: Gizmag