Một nhóm nghiên cứu do Viện Vật lý Hóa học Đại Liên dẫn đầu vừa công bố nguyên mẫu đầu tiên trên thế giới của loại pin ion hydride khí–rắn.
Đây là thiết bị có khả năng thực hiện đồng thời hai chức năng ấn tượng: lưu trữ điện năng và hydro cùng lúc ngay ở nhiệt độ phòng và áp suất thông thường.
Đáng chú ý, thiết kế “đồng lưu trữ” này đạt hiệu suất năng lượng hydro lên tới 93,9%, mở ra triển vọng xây dựng một hệ thống năng lượng sạch tích hợp và hiệu quả hơn trong tương lai.
“Loại pin mới đạt hiệu suất năng lượng 93,9%, cao hơn khoảng một phần ba so với các phương pháp lưu trữ hydro bằng nhiệt truyền thống,” ông Chen Ping, nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý Hóa học Đại Liên, chia sẻ với Báo Nhân dân Điện tử (Trung Quốc)
Cơ chế hoạt động
Công nghệ mới này không còn phụ thuộc vào lithium. Thay vào đó, pin vận hành bằng ion hydride, tức các nguyên tử hydro mang thêm một electron. Dù sở hữu mật độ năng lượng rất cao, các ion này vốn cực kỳ khó ổn định.
Theo báo cáo, nhóm nghiên cứu của Viện Vật lý Hóa học Đại Liên đã theo đuổi ý tưởng này từ năm 2018 và đến năm 2023 mới tìm ra loại vật liệu cho phép các ion hydride di chuyển ổn định. Từ nền tảng đó, họ phát triển thành công một pin thể rắn hoàn chỉnh sử dụng magiê kim loại và khí hydro làm hai điện cực.
Trọng tâm của công nghệ nằm ở phản ứng hóa học thuận nghịch, cho phép nguyên mẫu pin vừa đóng vai trò nguồn điện, vừa hoạt động như một “bình chứa nhiên liệu”.
Hệ thống sử dụng magiê kim loại và khí hydro làm hai điện cực, hoạt động giống như một “miếng bọt biển hóa học”. Khi pin xả điện, khí hydro chuyển hóa thành các ion hydride giàu năng lượng, sau đó liên kết với magiê để tạo thành hydride kim loại rắn ổn định.
Khi pin được sạc trở lại, toàn bộ quá trình đảo ngược và khí hydro được giải phóng ra ngoài.
Điểm đặc biệt là thiết bị có thể đồng thời lưu trữ điện và hydro mà không cần các bình chứa áp suất cao nguy hiểm, bởi hydro được “khóa” trong trạng thái rắn suốt quá trình vận hành thường ngày.
Hiệu suất và độ bền ấn tượng
Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, nguyên mẫu cho thấy khả năng hoạt động ổn định cùng mật độ công suất cao trong dải nhiệt độ rất rộng, từ âm 20 đến 90 độ C.
Theo báo cáo, pin đạt dung lượng xả ban đầu lên tới 1.526 miliampe-giờ trên mỗi gram (mAh/g). Ngoài ra, thiết bị vẫn duy trì hơn 70% dung lượng sau 60 chu kỳ sạc–xả, cho thấy độ bền khá cao.
Để kiểm chứng khả năng ứng dụng thực tế, các nhà nghiên cứu đã ghép 10 viên pin riêng lẻ thành một bộ pin lớn hơn. Hệ thống này tạo ra điện áp hơn 2,4 vôn và đủ khả năng thắp sáng một bóng đèn LED.
Hướng đi mới cho lưu trữ năng lượng quy mô lớn
Các phương pháp lưu trữ hydro truyền thống thường đòi hỏi cơ sở hạ tầng tiêu tốn nhiều năng lượng, chẳng hạn như bình áp suất cao hoặc hệ thống làm lạnh sâu ở nhiệt độ cực thấp.
Trong khi đó, loại pin mới này có thể hoạt động an toàn ngay ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển thông thường.
Hệ thống cũng loại bỏ hoàn toàn rủi ro liên quan đến việc lưu trữ khí hydro nhờ cơ chế “khóa” hydro bằng phản ứng hóa học trong dạng hydride kim loại rắn, cả khi sạc lẫn khi xả.
Nhờ vậy, công nghệ này không cần đến các thiết bị chứa chuyên dụng đắt đỏ, mở ra con đường đơn giản và tiết kiệm chi phí hơn cho việc lưu trữ năng lượng sạch.
“So với các công nghệ lưu trữ hydro khác, hệ thống đồng lưu trữ này đạt hiệu suất năng lượng hydro rất cao và có tiềm năng lớn trong các ứng dụng hydro di động hoặc cố định,” nhóm nghiên cứu cho biết.
Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục hoàn thiện công nghệ nhằm chuẩn bị cho quá trình thương mại hóa và ứng dụng công nghiệp. Họ dự định cải thiện hiệu suất tổng thể của pin, tăng độ bền lâu dài và phát triển các vật liệu tiên tiến hơn để tối ưu khả năng lưu trữ năng lượng.
Theo IE
