Pin lỏng làm từ sinh khối có thể tích trữ năng lượng gió và mặt trời

Các nhà nghiên cứu đã thiết kế một loại pin lỏng với catholit (chất điện phân trong vùng lân cận của catot) được làm bằng một dung dịch hữu cơ, hydroquinon, là một phần của họ quinon có thể được chiết xuất trực tiếp từ sinh khối, chẳng hạn như một số loài thực vật nhất định. Pin phỏng sinh học có thể khắc phục một số hạn chế mà pin lỏng thông thường gặp phải, kết quả là điện áp đầu ra cao hơn và chi phí thấp hơn. Một trong những ứng dụng chính của pin lỏng là tích trữ năng lượng gió và mặt trời.

Đường cong phân cực của pin lỏng hoàn toàn. Hình nhỏ cho thấy pin cung cấp năng lượng cho bóng đèn LED.

Các nhà nghiên cứu, Yu Ding và Guihua Yu tại Đại học Texas ở Austin, công bố các kết quả nghiên cứu pin phỏng sinh học của mình trên tạp chí Angewandte Chemie.

Không quá ngạc nhiên khi hydroquinone có thể tạo ra một loại vật liệu tốt để chế tạo pin do quinon được sử dụng rộng rãi trong tự nhiên cho quá trình vận chuyển electron, chẳng hạn như trong quang hợp. Các cấu trúc quinone khác trước đây đã được nghiên cứu để sử dụng trong pin lỏng, nhưng nghiên cứu mới này cho thấy hydroquinone đặc biệt hấp dẫn do kích thước nhỏ, điện áp cao, có dồi dào trong tự nhiên và thực tế là đã được sử dụng trong ngành công nghiệp cho các ứng dụng khác, chẳng hạn như chất dẻo và mỹ phẩm.

Trong thiết kế pin mới này, các nhà nghiên cứu kết hợp hydroquinone với than chì làm anot thay cho lithi thường được sử dụng phổ biến hơn, tạo ra pin phi kim loại. Sự kết hợp này giúp tránh được các vấn đề về môi trường liên quan đến việc sử dụng kim loại và vấn đề về dendrit thường làm hạn chế pin dựa vào lithi.

Một trong những lợi thế lớn nhất của pin mới là điện áp đầu ra cao, đây là điều mong muốn do nó cho phép tích trữ năng lượng có thể sử dụng một cách nhanh chóng khi cần. Trong pin dòng (flow batteries) thông thường, các phản ứng hóa học thường diễn ra trong nước, làm hạn chế điện áp đầu ra tối đa đến 1,23 volt. Pin phỏng sinh học mới làm tăng điện áp tối đa đầu ra đến 3,4 volt bằng cách tận dụng sự khác biệt tiềm tàng giữa hydroquinone và than chì, cũng như hình thức lỏng của các chất phản ứng.

Nguyên lý hoạt động của pin lỏng mới với dung dịch nước hydroquinone làm catot và than chì làm anot.

Điện áp đầu ra cao, do đó làm cho mật độ năng lượng cao (60 Wh/L) và công suất riêng cao (456 mAh/g), có nghĩa là pin có thể tích trữ một lượng lớn năng lượng ở một thể tích nhất định. Cả hai giá trị này của pin lỏng phỏng sinh học mới đều cao nhất so với các kết quả được báo cáo cho đến nay. Pin phỏng sinh học cũng có công suất đơn vị (100 Wkg) tương đương với công suất đơn vị của các pin lỏng khác được báo cáo và các nhà nghiên cứu tin rằng nó có thể được cải thiện hơn nữa trong tương lai.

Hiện nay, thách thức lớn nhất đối với pin lỏng mới này là nâng cao hơn nữa mật độ năng lượng, đây là yếu tố cần thiết cho các ứng dụng thực tế. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đang cố gắng để thay thế màng điện phân rắn bằng tấm phân cách có giá thành thấp hơn.

Theo Vista.gov.vn