Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Bắc Kinh, Trung Quốc đã chế tạo được loại pin nhôm - ion mới có tuổi thọ vượt trội nhờ sử dụng chất điện phân dạng rắn. Loại pin này giúp giải quyết khó khăn trong lưu trữ năng lượng tái tạo và là giải pháp thay thế an toàn, bền vững và tiết kiệm chi phí hơn cho các công nghệ hiện có.

Nhu cầu về hệ thống lưu trữ năng lượng ổn định ngày càng gia tăng

Do nhu cầu về các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và năng lượng gió, đang tăng nhanh, nên việc phát triển các hệ thống lưu trữ năng lượng ổn định rất quan trọng. Tuy nhiên, các công nghệ pin hiện có, đặc biệt là pin lithium-ion, có những hạn chế nhất định

Pin lithium-ion, mặc dù được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử tiêu dùng và xe điện nhưng chi phí sản xuất khá đắt đỏ, không phù hợp để lưu trữ năng lượng trên quy mô lớn. Hơn nữa, chúng có thể gây nguy cơ hỏa hoạn, làm dấy lên lo ngại về an toàn. Giải pháp thay thế tiềm năng cho các hệ thống lưu trữ năng lượng về lâu dài bao gồm pin nhôm - ion có thể sạc lại.

Tuy nhiên, pin nhôm-ion thông thường gặp phải những hạn chế về hiệu suất và các vấn đề an toàn liên quan đến sử dụng chất điện phân dạng lỏng. Các chất điện phân này, thường bao gồm nhôm clorua, gây ra hiện tượng ăn mòn các thành phần của pin và rất nhạy cảm với độ ẩm. Điều này có thể dẫn đến hiệu suất giảm theo thời gian và gây ra các mối nguy hại tiềm ẩn.

Phương pháp mới sử dụng chất điện phân dạng rắn

Pin nhôm-ion mới được phát triển, khắc phục những rào cản này bằng cách sử dụng chất điện phân rắn. Qua đó tăng cường độ ổn định của pin và giảm thiểu các vấn đề ăn mòn do chất điện phân lỏng gây ra.

Nhóm nghiên cứu đã cho thêm muối nhôm florua trơ vào chất điện phân chứa ion nhôm, biến nó thành chất điện phân rắn. Nhờ vậy, các ion nhôm di chuyển hiệu quả trong khi cung cấp cấu trúc chắc bền hơn.

Ngoài ra, khi các nhà nghiên cứu chế tạo pin nhôm - ion, họ đã sử dụng fluoroethylene carbonate làm chất phụ gia trên bề mặt để tạo lớp phủ rắn mỏng trên các điện cực nhằm ngăn ngừa sự hình thành các tinh thể nhôm làm giảm tuổi thọ của pin.

Hiệu suất và tuổi thọ pin được cải thiện

Trong các thí nghiệm, khả năng chống ẩm cũng như độ ổn định vật lý và nhiệt của pin đã được cải thiện, cho phép pin chịu được những cú đâm liên tục từ vật sắc nhọn và mức nhiệt cao tới 2000C.

Pin nhôm - ion vẫn duy trì hơn 99% công suất ban đầu ngay cả sau 10.000 chu kỳ sạc-xả. Khả năng này cho thấy pin có tiềm năng cho các ứng dụng lưu trữ năng lượng dài hạn. Hơn nữa, hầu hết nhôm florua có thể được thu hồi chỉ bằng một lần rửa đơn giản và sau đó được tái chế thành một loại pin khác với hiệu suất chỉ giảm nhẹ.

N.P.D (NASATI), theo Interestingengineering, 2/2025