Pin lithium-air có thể lưu trữ năng lượng cho xe hơi, nhà ở và công nghiệp

April 12, 2019

Công nghệ pin lithium ion hiện tại có thể sẽ không thể đáp ứng nhu cầu năng lượng khổng lồ trong những thập kỷ tới. Ước tính đến năm 2050, điện sẽ chiếm 50% hỗn hợp năng lượng của thế giới. Hôm nay tỷ lệ đó là 18%. Nhưng công suất lắp đặt để sản xuất năng lượng tái tạo dự kiến ​​sẽ tăng gấp bốn lần. Điều này sẽ yêu cầu pin hiệu quả hơn, rẻ hơn và thân thiện với môi trường.

Một trong những lựa chọn thay thế đang được nghiên cứu ngày nay ở nhiều nơi trên thế giới là pin lithium-air. Một số nỗ lực của Brazil trong việc tìm kiếm thiết bị như vậy đã được trình bày vào Ngày thứ hai của Tuần lễ FAPESP London, được tổ chức từ ngày 11 đến 12 tháng 2 năm 2019.

Rubens Maciel Filho cho biết: "Hôm nay có rất nhiều cuộc nói chuyện về ô tô điện. Một số nước châu Âu cũng đang nghĩ đến việc cấm động cơ đốt. , một giáo sư tại Trường Kỹ thuật Hóa học của Đại học Campinas (UNICAMP).

Pin lithium-air, hiện chỉ hoạt động ở quy mô phòng thí nghiệm, sử dụng oxy xung quanh làm thuốc thử. Pin lưu trữ năng lượng bổ sung thông qua một phản ứng điện hóa dẫn đến sự hình thành oxit lithium.

"Đó là một cách bền vững để lưu trữ năng lượng điện. Với những tiến bộ, nó có thể hỗ trợ nhiều chu kỳ phóng / sạc. Nó có tiềm năng lớn để sử dụng trong giao thông, trong các phương tiện nhẹ và nặng. Nó cũng có thể hoạt động trong các mạng phân phối điện," nhà nghiên cứu cho biết.

Nhưng biến các thí nghiệm thành các sản phẩm khả thi về mặt thương mại liên quan đến việc hiểu các nguyên tắc cơ bản của các phản ứng điện hóa xảy ra trong quá trình.

"Nó cũng đòi hỏi sự phát triển của các vật liệu mới cho phép chúng ta tận dụng các phản ứng mong muốn và giảm thiểu hoặc tránh những thứ không mong muốn", Maciel, giám đốc Trung tâm đổi mới năng lượng mới (CINE) cho biết. Với các đơn vị tại UNICAMP, Viện Nghiên cứu Năng lượng Hạt nhân (IPEN) và Viện Hóa học São Carlos tại Đại học São Paulo (USP), trung tâm được FAPESP và Shell hỗ trợ trong phạm vi Chương trình Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật (ERC).

Ông tiếp tục giải thích rằng một số hiện tượng cần phải được quan sát trong operando, hay nói cách khác, trong thời gian thực. "Ý tưởng là theo dõi các phản ứng xảy ra trong các thí nghiệm động và các loài hóa học khác nhau được hình thành, ngay cả khi tạm thời.

Mặt khác, một số giai đoạn trong quy trình bị mất và pin trở nên kém hiệu quả về thời gian sạc và thời gian sạc. "

Để tiến hành các phép đo này, các nhà nghiên cứu đang sử dụng Phòng thí nghiệm ánh sáng Synchrotron quốc gia (LNLS) tại Trung tâm nghiên cứu ánh sáng về năng lượng và vật liệu Brazil (CNPEM), đặt tại Campinas.

Một dự án khác được trình bày trong phiên liên quan đến pin lưu huỳnh không khí. Mặc dù không hiệu quả, nhưng chúng không tốn kém và lưu trữ năng lượng trong nhiều giờ. Nigel Brandon, giáo sư tại Đại học Hoàng gia cho biết: "Họ có thể lưu trữ năng lượng tới 24 giờ với chi phí rất thấp. Thành phần chính của nó là lưu huỳnh và xút và chúng cực kỳ rẻ. Đó là lý do tại sao chúng tôi đang đầu tư vào chúng".

Do những đặc điểm này, pin lưu huỳnh không khí có thể được sử dụng trong nhà hoặc doanh nghiệp. Tuy nhiên, Brandon tin rằng tiềm năng lớn nhất của họ là ở các trạm sạc cho ô tô điện, điều này sẽ trở nên phổ biến hơn nhiều do mục tiêu của châu Âu là cắt giảm 80% lượng khí thải carbon vào năm 2050.

"Điều quan trọng là nhấn mạnh thực tế rằng các dự án pin khác nhau không cạnh tranh với nhau mà là bổ sung cho nhau", Geoff Rodgers thuộc Đại học Brunel London, người hỗ trợ phiên cho biết.

Mặt trời, hydro và nhiên liệu sinh học

Pin hiệu quả hơn đặc biệt quan trọng trong một kịch bản trong đó việc sử dụng năng lượng mặt trời dự kiến ​​sẽ tăng lên. Bức xạ mặt trời cực đại vào ban ngày sẽ đòi hỏi nhu cầu lưu trữ năng lượng hiệu quả để có thể rút ra vào ban đêm.

Maciel cũng nói về một dự án tại CINE để phát triển các tế bào quang điện hiệu quả hơn có thể được sử dụng trong tương lai để chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện cũng như thu được các sản phẩm hóa học, hoặc thậm chí hydro từ thủy phân.

Hydro lỏng là một loại nhiên liệu rất hiệu quả, nhưng việc sản xuất nó đòi hỏi chi phí năng lượng cao. Đây là một trong những lựa chọn đang được xem xét tại Vương quốc Anh vì nhiên liệu sinh học không khả thi như ở Brazil.

"Chúng tôi đang tìm kiếm các enzyme vi khuẩn mới để oxy hóa lignin, một loại polymer thơm chiếm hơn 25% thành tế bào thực vật và là một phần của dư lượng sản xuất nhiên liệu sinh học. Mục tiêu là phát triển các sản phẩm mới như nhiên liệu sinh học, nhựa mới và các sản phẩm hóa học cho công nghiệp ", Timothy Bugg thuộc Đại học Warwick cho biết.