Pin lithium-ion, mặc dù phổ biến trong thế giới ngày nay – cung cấp năng lượng cho mọi thứ từ xe điện đến điện thoại thông minh – không nhất thiết là giải pháp tối ưu cho mọi ứng dụng. Các nhà nghiên cứu tại TU Wien đã tạo ra một bước đột phá bằng cách tạo ra một loại pin oxy-ion mang lại một số lợi thế đáng kể. Mặc dù nó có thể không phù hợp với mật độ năng lượng của pin lithium-ion, nhưng khả năng lưu trữ của nó không giảm dần theo thời gian, giúp nó có tuổi thọ đặc biệt dài vì nó có thể được tái tạo.

Hơn nữa, việc chế tạo pin oxy-ion không yêu cầu các nguyên tố khan hiếm và liên quan đến các vật liệu không cháy. Khái niệm pin sáng tạo đã dẫn đến một ứng dụng bằng sáng chế, được đệ trình với sự hợp tác của các đối tác ở Tây Ban Nha. Những pin oxy-ion này có thể cung cấp một giải pháp nổi bật cho các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn, chẳng hạn như những hệ thống cần thiết để giữ năng lượng điện từ các nguồn tái tạo.

Vật liệu gốm sứ như một giải pháp mới

Alexander Schmid từ Viện Công nghệ Hóa học và Phân tích tại TU Wien cho biết: “Chúng tôi đã có nhiều kinh nghiệm với các vật liệu gốm có thể được sử dụng cho pin nhiên liệu trong một thời gian dài . “Điều đó đã cho chúng tôi ý tưởng điều tra xem liệu những vật liệu như vậy có phù hợp để chế tạo pin hay không.”

Vật liệu gốm mà nhóm TU Wien nghiên cứu có thể hấp thụ và giải phóng các ion oxy tích điện âm gấp đôi. Khi một điện áp được đặt vào, các ion oxy di chuyển từ vật liệu gốm này sang vật liệu gốm khác, sau đó chúng có thể được tạo ra để di chuyển trở lại, do đó tạo ra dòng điện.

Giáo sư Jürgen Fleig cho biết: “Nguyên tắc cơ bản thực sự rất giống với pin lithium-ion. “Nhưng vật liệu của chúng tôi có một số lợi thế quan trọng.” Gốm sứ không bắt lửa – vì vậy tai nạn hỏa hoạn xảy ra nhiều lần với pin lithium-ion trên thực tế đã được loại trừ. Ngoài ra, không cần các nguyên tố quý hiếm, đắt tiền hoặc chỉ có thể được chiết xuất theo cách có hại cho môi trường.

Tobias Huber cho biết: “Về mặt này, việc sử dụng vật liệu gốm là một lợi thế lớn vì chúng có thể thích nghi rất tốt. “Bạn có thể thay thế một số yếu tố khó có được bằng những yếu tố khác tương đối dễ dàng.” Nguyên mẫu của pin vẫn sử dụng lantan – một nguyên tố không hẳn là hiếm nhưng cũng không hoàn toàn phổ biến. Nhưng ngay cả lanthanum cũng sẽ được thay thế bằng thứ gì đó rẻ hơn và nghiên cứu về vấn đề này đã được tiến hành. Coban hoặc niken, được sử dụng trong nhiều loại pin, hoàn toàn không được sử dụng.

Tuổi thọ cao

Nhưng có lẽ ưu điểm quan trọng nhất của công nghệ pin mới là tuổi thọ tiềm năng của nó: “Trong nhiều loại pin, bạn gặp vấn đề là đến một lúc nào đó, các hạt mang điện không thể di chuyển được nữa,” Alexander Schmid nói. “Sau đó, chúng không còn được sử dụng để tạo ra điện, dung lượng của pin giảm. Sau nhiều chu kỳ sạc, điều đó có thể trở thành một vấn đề nghiêm trọng.”

Tuy nhiên, pin oxy-ion có thể được tái tạo mà không gặp vấn đề gì: Nếu oxy bị mất do phản ứng phụ, thì lượng oxy mất đi có thể được bù đắp đơn giản bằng oxy từ không khí xung quanh.

Khái niệm pin mới không dành cho điện thoại thông minh hoặc ô tô điện, vì pin oxy-ion chỉ đạt được khoảng một phần ba mật độ năng lượng mà pin được sử dụng từ pin lithium-ion và chạy ở nhiệt độ từ 200 đến 400 °C. Tuy nhiên, công nghệ này cực kỳ thú vị để lưu trữ năng lượng.

Alexander Schmid cho biết: “Ví dụ, nếu bạn cần một bộ lưu trữ năng lượng lớn để lưu trữ tạm thời năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió, thì pin oxy-ion có thể là một giải pháp tuyệt vời. “Nếu bạn xây dựng toàn bộ tòa nhà chứa đầy các mô-đun lưu trữ năng lượng, thì mật độ năng lượng thấp hơn và nhiệt độ vận hành tăng lên không đóng vai trò quyết định. Nhưng điểm mạnh của pin của chúng tôi sẽ đặc biệt quan trọng ở đó: thời gian sử dụng lâu dài, khả năng sản xuất số lượng lớn các vật liệu này mà không có các nguyên tố hiếm và thực tế là không có nguy cơ hỏa hoạn với những loại pin này.”