Các nhà khoa học Thụy Điển chế tạo thành công loại pin mới giá rẻ với hơn 8000 lần sạc

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Linköping ở Thụy Điển đã phát triển một loại pin được chế tạo từ kẽm và lignin mà có thể sạc lại hơn 8.000 lần. Sáng kiến này nhằm mục đích cung cấp giải pháp thay thế loại pin độc hại thành loại pin thân thiện với môi trường và giá cả phải chăng, đặc biệt là cho các khu vực có nguồn điện hạn chế. Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Energy & Environmental Materials.

Ảnh: Pin kẽm-lignin mới chạy ổn định, vì nó có thể được sử dụng trên 8000 lần sạc trong khi vẫn duy trì được khoảng 80% hiệu suất

“Các tấm pin mặt trời đã trở nên tương đối rẻ và nhiều người ở các nước có thu nhập thấp đã sử dụng chúng. Tuy nhiên, ở gần xích đạo, mặt trời lặn vào khoảng 6 giờ chiều tối khiến các hộ gia đình, cơ sở kinh doanh không có điện. Hy vọng rằng với công nghệ pin này, ngay cả với hiệu suất thấp hơn so với pin Li-ion đắt tiền, thì đây được coi như là một giải pháp để giải quyết những vấn đề trên”, ông Reverant Crispin, Giáo sư về Điện tử hữu cơ tại Đại học Linköping cho biết.

Những tiến bộ trong vật liệu pin

Nhóm nghiên cứu của Giáo sư Reverant Crispin thuộc Phòng thí nghiệm Điện tử hữu cơ - Đại học Linköping, cùng với các nhà nghiên cứu tại Đại học Karlstad và Chalmers, đã phát triển một loại pin dựa trên kẽm và lignin (hai loại vật liệu tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường). Xét về mật độ năng lượng, nó có thể so sánh với pin axit chì nhưng không có chứa chì độc hại.

Pin chạy ổn định và có thể sử dụng hơn 8000 lần sạc trong khi vẫn duy trì được khoảng 80% hiệu suất. Ngoài ra, pin duy trì khả năng sạc trong khoảng một tuần, lâu hơn đáng kể so với các loại pin dựa trên kẽm tương tự khác chỉ xả pin trong vòng vài giờ.

Mặc dù pin dựa trên kẽm đã có mặt trên thị trường, chủ yếu là pin không thể sạc lại, chúng được dự đoán để dùng bổ sung và trong một số trường hợp, thay thế pin lithium-ion về lâu dài khi tính năng sạc lại được đưa ra đúng cách.

Hiệu quả chi phí và tái chế

“Mặc dù pin lithium-ion rất hữu ích khi được sử dụng đúng cách nhưng chúng có thể gây nổ, khó tái chế và gây ra các vấn đề về môi trường và nhân quyền khi các nguyên tố hóa học cụ thể như chất coban khi được trích ra. Do đó, pin mang tính bền vững của chúng tôi cung cấp một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn trong đó mật độ năng lượng không quá quan trọng”, ông Ziyauddin Khan, nhà nghiên cứu thuộc Phòng thí nghiệm Điện tử hữu cơ tại Đại học Linköping, cho biết.

Pin kẽm thường có độ bền kém do kẽm phản ứng với nước trong dung dịch điện phân của pin. Phản ứng này dẫn đến việc tạo ra khí hydro và sự phát triển đenđrit của kẽm, khiến pin về cơ bản không thể sử dụng được.

Để ổn định kẽm, một chất gọi là chất điện phân muối nước trong polymer dựa trên polyacrylate gốc kali (potassium polyacrylate-based water-in-polymer salt electrolyte - WiPSE) được sử dụng. Điều mà các nhà nghiên cứu tại Đại học Linköping hiện đã chứng minh là khi WiPSE được sử dụng trong pin có chứa kẽm và lignin thì độ ổn định rất cao.

“Cả kẽm và lignin đều siêu rẻ và pin có thể tái chế dễ dàng. Và nếu bạn tính toán chi phí cho mỗi chu kỳ sử dụng, nó sẽ trở thành một loại pin cực kỳ rẻ so với pin lithium-ion,” Ziyauddin Khan cho biết.

Hiện tại, pin được phát triển trong phòng thí nghiệm còn rất nhỏ. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tin rằng họ có thể tạo ra những cục pin lớn, gần bằng kích thước của ắc quy ô tô, nhờ lượng lớn cả lignin và kẽm với chi phí thấp. Tuy nhiên, việc sản xuất hàng loạt sẽ cần có sự tham gia của doanh nghiệp.

Reverant Crispin khẳng định rằng vị thế của Thụy Điển là một quốc gia đổi mới cho phép nước này hỗ trợ các quốc gia khác áp dụng các giải pháp thay thế bền vững hơn.

Reverant Crispin cho biết, chúng ta có thể coi nhiệm vụ của mình là giúp các nước có thu nhập thấp tránh mắc phải những sai lầm tương tự như chúng ta đã làm. Khi xây dựng cơ sở hạ tầng, họ cần bắt đầu ngay với công nghệ xanh. Nếu công nghệ không bền vững được đưa ra, nó sẽ được sử dụng bởi hàng tỷ người, từ đó dẫn đến thảm họa khí hậu khôn lường.

Nguồn tin: https://scitechdaily.com/revolutionizing-renewable-energy-scientists-develop-new-low-cost-battery-with-over-8000-uses/