Trong vài năm qua việc bán xe điện (EV) đã tăng theo cấp số nhân cũng như nhu cầu về các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và năng lượng gió để cung cấp cho xe điện. Xe điện luôn yêu cầu nguồn năng lượng sẵn có ở mọi nơi, mọi lúc và khi cần sạci thì không bị chậm trễ, nhưng năng lượng mặt trời và gió là những nguồn năng lượng không liên tục không có sẵn theo yêu cầu. Vì thế điện gió và điện mặt trời cần phải được lưu trữ để sử dụng sau này và không bị lãng phí. Cũng giống như trạm xăng ngày nay, các trạm phát điện cần có hệ thống lưu trữ điện cho xe ô tô điện sạc liên tục. Pin dòng oxy hóa khử có thể thay đổi (RFB) chi phí thấp, là một trong những công nghệ phù hợp nhất cho một hệ thống như vậy; tuy nhiên, các RFB hiện tại sử dụng các nguyên liệu hoạt động (chất điện phân) có chi phí cao và nguy hại đến môi trường. Gần đây, các vật liệu hữu cơ hòa tan trong nước đã được đề xuất làm chất điện phân trong tương lai cho RFB (cụ thể là RFB hữu cơ dạng nước, hoặc AORFB). Các chất điện phân có nguồn gốc hữu cơ có thể lấy từ các nguồn tái tạo và được chế tạo với chi phí rất thấp. Tuy nhiên, việc thiếu các vật liệu điện phân hữu cơ hòa tan trong nước ổn định, đặc biệt là chất điện phân dương (catholyte), là một trở ngại lớn của AORFBs. Nhóm nghiên cứu của Zhu, phối hợp với các nhà khoa học trong Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương do Tiến sĩ Wei Wang đứng đầu, đã phát triển thành công catholyte (chất điện phân dương) ổn định nhất cho đến nay trong AORFBs và chứng minh các pin này giữ được hơn 90% công suất trong hơn 6.000 chu kỳ sống, dự kiến hơn 16 năm dịch vụ không bị gián đoạn với nhịp độ một chu kỳ mỗi ngày. Nghiên cứu của họ gần đây đã được công bố trên tạp chí Nature Energy và có sự đóng góp của các nghiên cứu sinh tiến sĩ của Zhu là Xiang Li và Yun-Yu Lai. Zhu nói: “Việc phát triển các RFB hiệu suất cao sẽ làm phong phú thêm loại hệ thống lưu trữ năng lượng điện và bổ sung cho sự thiếu sót của các nguồn năng lượng tái tạo không liên tục, do đó cải thiện đáng kể khả năng sử dụng của các thiết bị chạy bằng điện, chẳng hạn như xe cộ. "Để cải thiện đáng kể hiệu suất của RFB hữu cơ trong nước, tính cấp thiết của việc phát triển catholyte mới là rất quan trọng." Trong bài báo về Năng lượng tự nhiên , nhóm nghiên cứu không chỉ chứng minh một chất catholyte hiện đại trong AORFBs, mà còn đưa ra một chiến lược hoàn toàn mới để thiết kế catholyte hòa tan trong nước nhằm tăng cường khả năng hòa tan (mật độ năng lượng) của chúng trong nước. Thay vì gắn một nhóm chức ưa nước để cải thiện khả năng hòa tan của các phân tử, các nhà nghiên cứu thay đổi tính đối xứng của các phân tử, dẫn đến việc tăng cường đáng kể khả năng hòa tan. Với chiến lược thiết kế mới, nhóm dự định thiết kế các vật liệu mới mà họ có thể hoàn thiện hơn nữa các RFB. Đơn xin cấp bằng sáng chế đã được đệ trình dựa trên công nghệ được phát triển trong nghiên cứu này. Khả năng mở rộng của các vật liệu sẽ được nghiên cứu thêm tại Akron PolyEnergy Inc., một công ty sản xuất ra từ UA do Zhu đồng sáng lập, tập trung vào việc phát triển vật liệu trong các thiết bị lưu trữ năng lượng bao gồm pin lithium-ion và pin dòng chảy.
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210819125243.htm