Các nhà khoa học do một nhà nghiên cứu của Đại học bang Oregon dẫn đầu đã phát triển một chất điện giải mới làm tăng hiệu quả của cực dương kim loại kẽm trong pin kẽm lên gần 100%, một bước đột phá trên đường thay thế cho pin lithium-ion để lưu trữ năng lượng quy mô lớn.
Nghiên cứu này là một phần của một cuộc tìm kiếm toàn cầu đang diễn ra cho các hóa chất pin mới có thể lưu trữ năng lượng năng lượng mặt trời và gió tái tạo trên lưới điện để sử dụng khi mặt trời chiếu sáng và gió không được thổi.
Xiulei [David "Ji của Đại học Khoa học OSU và một sự hợp tác bao gồm HP Inc. và Grotthuss Inc.
[Bước đột phá đại diện cho một tiến bộ đáng kể đối với việc làm cho pin kim loại kẽm dễ tiếp cận hơn với người tiêu dùng ", Ji nói. [Những pin này rất cần thiết cho việc lắp đặt các trang trại năng lượng mặt trời và gió bổ sung. , cũng như các mô -đun lưu trữ năng lượng cho các cộng đồng dễ bị thảm họa tự nhiên. "
Một pin lưu trữ điện dưới dạng năng lượng hóa học và thông qua các phản ứng chuyển đổi nó thành năng lượng điện. Có nhiều loại pin khác nhau, nhưng hầu hết chúng hoạt động theo cùng một cách cơ bản và chứa các thành phần cơ bản giống nhau. Mỗi pin đều có hai điện cực - cực dương, từ đó các electron chảy ra một mạch bên ngoài và cực âm, thu được các electron từ mạch bên ngoài - và chất điện phân, môi trường hóa học ngăn cách các điện cực và cho phép dòng chảy của các ion giữa chúng .
Dựa vào một kim loại an toàn và phong phú, pin dựa trên kẽm có rất đậm Niken. Cobalt và niken cũng độc hại và có thể làm ô nhiễm các hệ sinh thái và nguồn nước nếu chúng thoát ra khỏi bãi rác. Ngoài ra, các chất điện giải trong pin lithium-ion thường được hòa tan trong các dung môi hữu cơ dễ cháy thường phân hủy ở điện áp hoạt động cao. Các mối quan tâm an toàn khác bao gồm đuôi gai, giống như những cây nhỏ mọc bên trong pin. Họ có thể xuyên qua các thiết bị phân tách như những cây kế mọc qua các vết nứt trên đường lái xe, dẫn đến các phản ứng hóa học không mong muốn và đôi khi không an toàn.
[Pin kim loại kẽm là một trong những công nghệ ứng cử viên hàng đầu để lưu trữ năng lượng quy mô lớn ", Ji nói. [Electrolyte mới của chúng tôi sử dụng nước và dung môi pin thông thường, không có hiệu quả, hiệu quả về chi phí và tác động môi trường thấp. Các chất điện phân được làm từ hỗn hợp hòa tan của muối clorua rẻ tiền, với loại chính là kẽm clorua. "
Chi phí điện được cung cấp bởi một cơ sở lưu trữ bao gồm pin kẽm chỉ có thể cạnh tranh với điện do nhiên liệu hóa thạch nếu pin có tuổi thọ dài hàng ngàn chu kỳ, JI nói. Tuy nhiên, cho đến nay, cuộc sống chu kỳ đã bị giới hạn bởi hiệu suất đảo ngược kém của cực dương kẽm. Trong quá trình sạc, JI giải thích, các cation kẽm trong các electron tăng điện phân và được mạ trên bề mặt cực dương. Trong quá trình xả, cực dương mạ từ bỏ các electron cho khối lượng công việc bằng cách hòa tan vào chất điện phân.
[Quá trình mạ và hòa tan kẽm này thường không thể đảo ngược, "Ji nói. [Cụ thể, một số electron được sử dụng trong mạ không thể được thu hồi trong quá trình xả. Đây là một vấn đề trong một khu vực được gọi là hiệu quả Coulombic."
Hiệu quả Coulombic, hay CE, là thước đo mức độ của các electron được chuyển tốt trong pin, tỷ lệ của tổng điện tích chiết từ pin sang điện tích được đặt trong một chu kỳ đầy đủ. Pin lithium-ion có thể có CE vượt quá 99%.
Các chất điện phân mới được phát triển bởi JI và các cộng tác viên bao gồm các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts, bang Pennsylvania và Đại học California, Riverside, cho phép CE 99,95%.
[Thách thức chính với pin kẽm là kẽm phản ứng với nước trong chất điện phân để tạo ra khí hydro trong thứ được gọi là phản ứng tiến hóa hydro ", Ji nói. [Phản ứng ký sinh này gây ra tuổi thọ chu kỳ ngắn và cũng là một mối nguy hiểm an toàn. "
Tuy nhiên, chất điện phân mới hạn chế khả năng phản ứng của nước và gần như tắt phản ứng tiến hóa hydro bằng cách hình thành [lớp thụ động "trên bề mặt của cực dương. Những năm 1990.
[Ngoài ra, điều đáng chú ý là hiệu quả mà chúng tôi đo được là trong các điều kiện khắc nghiệt không che dấu bất kỳ thiệt hại nào do phản ứng tiến hóa hydro ", Ji nói thêm. Lưu trữ lưới quy mô lớn. "
Kyriakos Stylianou của Osu cũng tham gia vào nghiên cứu này, được hỗ trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.
