Trong bối cảnh ngành công nghệ đang ráo riết tìm kiếm các giải pháp lưu trữ năng lượng an toàn và tiết kiệm để thay thế cho pin lithium-ion truyền thống, pin nước nổi lên như một ứng cử viên sáng giá nhờ sử dụng chất điện phân gốc nước chống cháy nổ và thân thiện với môi trường.
Tuy nhiên, rào cản thương mại hóa lớn nhất của loại pin này suốt nhiều năm qua là tình trạng kẽm lắng đọng không đều và phản ứng ăn mòn điện cực khi tiếp xúc với nước. Mới đây, một nhóm nghiên cứu tại Hàn Quốc do giáo sư Hoseok Park từ đại học Sungkyunkwan (SKKU) dẫn đầu đã công bố một giải pháp đột phá trên tạp chí Nano-Micro Letters, giúp giải quyết dứt điểm bài toán nan giải này.
Hình minh họa.
Chìa khóa của bước tiến công nghệ này nằm ở một chất phụ gia điện phân ion lưỡng tính đơn giản có tên gọi C10. Khi được hòa tan vào dung dịch nước, các phân tử C10 sẽ tự động kết hợp thành các cấu trúc nano siêu nhỏ có đường kính chỉ 3,77 nanomet và thực hiện đồng thời hai nhiệm vụ cốt lõi.
Đầu tiên, chúng đóng vai trò như một hệ thống định hướng, giúp các ion kẽm phân bổ và lắng đọng một cách phẳng mịn, đồng đều trên bề mặt điện cực, chặn đứng sự hình thành các cấu trúc kim loại dị thường gây hỏng hóc. Song song với đó, chất phụ gia này tạo ra một màng bảo vệ mỏng bao bọc lấy điện cực kẽm, cách ly nó khỏi sự tiếp xúc trực tiếp với nước để triệt tiêu các phản ứng phụ gây ăn mòn và mất dung lượng.
Sự bổ sung của chất phụ gia siêu nhỏ này đã mang lại những thông số hiệu suất vô tiền khoáng hậu. Hệ thống pin dung dịch nước cải tiến có thể duy trì trạng thái vận hành ổn định liên tục trong hơn 2.800 giờ. Đặc biệt, tế bào pin đạt được dung lượng diện tích kỷ lục lên tới 8,10 mAh cm⁻² – một hiệu suất dẫn đầu thế giới trong số các nghiên cứu về pin dung dịch nước được ghi nhận từ trước đến nay.
Thành tựu này đã đập tan thế bế tắc trước đây của các nhà phát triển phần cứng, vốn thường phải chấp nhận hy sinh dung lượng lưu trữ nếu muốn kéo dài tuổi thọ chu kỳ của pin.
Hình minh họa.
Công nghệ điện phân của đại học SKKU mở ra một lộ trình thương mại hóa vô cùng thực tế cho pin dung dịch nước vì nó không đòi hỏi thay đổi kiến trúc cốt lõi hay quy trình sản xuất tốn kém. Trong bối cảnh hiện nay, khi các trung tâm dữ liệu và cơ sở hạ tầng điện toán AI đang trải qua sự tăng trưởng bùng nổ bên cạnh xu hướng mở rộng năng lượng tái tạo, nhu cầu về các hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) quy mô lớn là cực kỳ cấp thiết.
Nhờ ưu thế vượt trội về độ bền, tính an toàn chống cháy nổ và giá thành gia công rẻ, loại pin gốc nước cải tiến này được kỳ vọng sẽ sớm trở thành tấm khiên năng lượng kiên cố, phục vụ toàn diện cho các siêu hệ thống lưu trữ điện năng của tương lai.
