Chất điện phân muối kép - chìa khóa cho pin kẽm bền vững

Các nhà khoa học Úc đã phát triển loại chất điện phân muối kép nhằm nâng cấp pin kẽm nước (AZB), vốn được xem là giải pháp lưu trữ năng lượng an toàn và bền vững hơn so với nhiều công nghệ hiện tại. Nghiên cứu do nhóm của Giáo sư Zaiping Guo tại Đại học Adelaide dẫn đầu, nhấn mạnh việc sử dụng chất điện phân gốc nước giúp loại pin này không dễ cháy, đồng thời tận dụng nguồn kẽm dồi dào, thân thiện với môi trường và có dung tích lưu trữ lớn.

Ảnh minh họa.

Tuy vậy, AZB vẫn chưa phổ biến rộng rãi vì những hạn chế về hiệu suất: phạm vi nhiệt độ hoạt động hẹp, tuổi thọ ngắn và phản ứng không kiểm soát giữa kim loại kẽm với chất điện phân gây ra ăn mòn cùng việc phát sinh khí hydro không mong muốn. Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm chất điện phân muối kép tách rời (DDSE), trong đó hai loại muối kẽm khác nhau đảm nhiệm các vai trò riêng biệt.

Theo tác giả chính Guanjie Li, một loại muối giúp pin duy trì hoạt động ổn định trong nhiều dải nhiệt độ và cải thiện tốc độ sạc, trong khi loại còn lại tạo lớp bảo vệ kim loại kẽm, kéo dài tuổi thọ của pin. Sự kết hợp này mang lại hiệu suất vượt trội: pin có thể sạc nhanh, hoạt động bền bỉ qua nhiều chu kỳ và hạn chế hao hụt năng lượng khi không sử dụng.

Cụ thể, kẽm perchlorate chủ yếu hòa tan trong chất lỏng để kiểm soát dòng ion và chống đóng băng, nhờ đó pin vận hành tốt trong điều kiện lạnh; còn kẽm sunfat bám trên bề mặt cực dương, hình thành lớp chắn chống ăn mòn. Nhờ cơ chế “phân công nhiệm vụ” này, các cell pin thử nghiệm giữ được tới 93% dung lượng sau 900 chu kỳ sạc – xả, đồng thời hoạt động ổn định trong dải nhiệt độ rộng từ -40°C đến +40°C.

Tiến sĩ Shilin Zhang - đồng tác giả nghiên cứu cho biết đây là lần đầu tiên trong lĩnh vực đạt được sự cân bằng hiệu suất ấn tượng như vậy. Ông nhấn mạnh chiến lược tách rời của nhóm tạo ra công thức điện phân vừa không bắt lửa, vừa giá thành hợp lý và bền vững, trong khi vẫn giữ được ưu điểm vốn có của hệ thống pin nước khác biệt rõ rệt với các thiết kế “lai hữu cơ – nước” đậm đặc truyền thống.

Với công nghệ mới, pin kẽm có thể mở ra triển vọng ứng dụng trong lưới điện thông minh và xe điện. Trong bối cảnh pin lithium-ion hiện vẫn thống trị thị trường nhưng tiềm ẩn rủi ro về nguồn cung và tác động môi trường, AZB với chất điện phân muối kép đang nổi lên như một lựa chọn thay thế đầy hứa hẹn.

Tiểu My