Các nhà nghiên cứu PNNL đã phát hiện ra rằng việc hòa tan một loại đường đơn giản vào chất điện phân trong pin dòng sẽ giúp tăng sản lượng điện tối đa lên 60%. Hơn nữa, sau khi đạp xe liên tục trong một năm, pin gần như không còn dung lượng.
Pin chảy – dù sao thì hầu hết các loại pin chảy – không phải là loại pin bạn mong muốn tìm thấy trên ô tô hoặc máy tính xách tay. Chúng thường phù hợp nhất với các công việc lưu trữ năng lượng lớn, lâu dài, vì vậy đã có rất nhiều sự quan tâm đến chúng trong những năm gần đây, khi các thành phố nỗ lực tìm ra cách giải quyết sự gián đoạn hàng ngày, theo mùa và liên quan đến thời tiết của năng lượng tái tạo. nguồn năng lượng.
Thông thường, chúng bao gồm hai chất lỏng, anolyte và catholyte, được lưu trữ riêng biệt, sau đó được bơm qua hai bên màng chọn lọc ion để tạo ra dòng điện khi cần năng lượng. Điều này mang lại những lợi ích nhất định; chẳng hạn, bạn có thể “tiếp nhiên liệu” cho hệ thống của mình bằng cách thay chất điện phân đã cạn bằng chất điện phân đã tích điện – hoặc bạn có thể sạc lại hệ thống bằng nguồn điện lưới để đảo ngược chu trình phóng điện.
Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương là những người đầu tiên thử hòa tan một loại đường có tên β-cyclodextrin vào chất anolyte của tế bào, với hy vọng nó sẽ giúp giải quyết một vấn đề hoàn toàn khác. Ruozhu Feng, tác giả đầu tiên của một nghiên cứu mới cho biết: “Chúng tôi đang tìm kiếm một cách đơn giản để hòa tan nhiều fluorenol hơn trong chất điện phân gốc nước”. “B-cyclodextrin đã giúp làm điều đó một cách khiêm tốn, nhưng lợi ích thực sự của nó là khả năng xúc tác đáng ngạc nhiên này.”
Màng chọn lọc ion cho phép các ion tích điện dương di chuyển giữa hai chất điện phân trong chu kỳ tích điện và phóng điện, khiến các electron chạy qua các tấm bên ngoài và xuyên qua một mạch điện. Chất phụ gia β-cyclodextrin, một dẫn xuất của tinh bột, có màu hồng ở đây, làm tăng tốc đáng kể phản ứng này
Làm việc với các nhà nghiên cứu của Yale, họ đã tìm ra cơ chế đằng sau sự tăng cường này – đường chấp nhận các proton tích điện dương, cân bằng chuyển động của các electron tích điện âm di chuyển về phía và xuyên qua màng tế bào. Sau một số điều chỉnh, họ có thể tăng tốc độ phản ứng và mức năng lượng hiệu dụng của pin lên tới 60%.
Những loại đường này được hòa tan hoàn toàn trong chất điện phân, chẳng hạn như trái ngược với công nghệ pin dòng Influit được tách ra từ nghiên cứu của Illinois Tech. Influit sử dụng các hạt nano rắn, nhỏ làm từ vật liệu pin oxit kim loại hoạt tính, lơ lửng trong chất lỏng nhớt – và cho biết pin của nó đủ nhanh để sử dụng trên ô tô, với mật độ năng lượng toàn hệ thống cao gấp 4-5 lần so với các gói lithium ngày nay.
Wei Wang, nhà nghiên cứu pin PNNL lâu năm và là người nghiên cứu chính của nghiên cứu cho biết: “Đây là một cách tiếp cận hoàn toàn mới để phát triển chất điện phân pin dòng chảy. “Chúng tôi đã chứng minh rằng bạn có thể sử dụng một loại chất xúc tác hoàn toàn khác được thiết kế để tăng tốc quá trình chuyển đổi năng lượng. Và hơn nữa, vì nó được hòa tan trong chất điện phân lỏng nên nó giúp loại bỏ khả năng chất rắn đánh bật và làm tắc nghẽn hệ thống.”
Chất điện phân mới… Trông không có gì đặc biệt thú vị
Sau khi công suất đầu ra đã được tối ưu hóa, nhóm nghiên cứu chuyển sang thử nghiệm độ bền để xem liệu chất phụ gia đường có ảnh hưởng đến thời gian sử dụng hữu ích của chất điện phân hay không. Các nhà nghiên cứu đã sạc và xả pin liên tục trong hơn một năm, chỉ dừng lại khi một ống nhựa bị vỡ và rất ngạc nhiên khi phát hiện dung lượng chỉ hao hụt không đáng kể.
Điều đáng chú ý là pin dòng thường có tuổi thọ cao hơn nhiều so với pin lithium, nhưng ngay cả như vậy, các nhà nghiên cứu cho biết đây là lần đầu tiên bất kỳ loại pin dòng nào được công bố khoa học đều cho thấy loại tuổi thọ này.
Với tư cách là một tổ chức, PNNL đang tập trung chủ yếu vào việc giải quyết vấn đề lưu trữ năng lượng ở cấp độ lưới điện, với ” Bệ phóng lưu trữ lưới ” sẽ ra mắt vào năm 2024. Nhóm đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho công nghệ mới và cũng đang bắt đầu thử nghiệm các công nghệ khác, các hợp chất tương tự có thể thực hiện công việc tương tự thậm chí còn tốt hơn.