Pin nước có ưu điểm về chi phí, an toàn và môi trường, do đó trở thành lựa chọn tích trữ năng lượng quy mô lớn đầy triển vọng. Tuy nhiên, việc sử dụng pin này ở khí hậu lạnh bị hạn chế, vì chúng có thể gặp vấn đề về hiệu suất ở nhiệt độ dưới zero độ, như việc điện giải bị đóng băng và tốc độ hệ thống chậm lại do giảm truyền ion. Các giải pháp truyền thống tiêu tốn năng lượng nhiều và kém hiệu quả, như làm nóng từ bên ngoài. Do đó, các nhà nghiên cứu đang nỗ lực khám phá các chiến lược mới để cải thiện hiệu suất pin nước ở nhiệt độ thấp mà không ảnh hưởng đến hiệu quả hoặc làm tăng độ phức tạp. Theo thông tin từ các phương tiện truyền thông nước ngoài, các nhà nghiên cứu tại Đại học New South Wales và Đại học Công nghệ Thâm Quyến đã phát triển pin nước có thể hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ dưới zero độ.
(Nguồn ảnh: Vật liệu và thiết bị năng lượng)
Nghiên cứu này tiết lộ cách mà bộ thu nhiệt quang và điện cực lơ lửng giúp pin tự sinh nhiệt và duy trì hiệu suất ổn định trong khí hậu lạnh. Hệ thống này sử dụng vật liệu dựa trên Ketjen black để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng nhiệt, cung cấp giải pháp khả thi cho việc tích trữ năng lượng tại các vùng cực và lạnh giá. Bài báo liên quan được công bố trong tạp chí “Vật liệu và thiết bị năng lượng”.
Cốt lõi của nghiên cứu sáng tạo này nằm ở việc tích hợp vật liệu quang thu nhiệt vào bộ thu của pin, cho phép nó tự làm nóng và hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ thấp. Bộ thu dựa trên Ketjen black có khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời ở dải phổ rộng (với hiệu suất 98% từ 200 đến 2500 nm), từ đó nhanh chóng sinh nhiệt, chỉ trong 22 phút có thể nâng nhiệt độ của lõi pin từ âm 18°C đến dương 20°C. Sau đó, lượng nhiệt này được phân bố đồng đều qua điện cực lơ lửng có độ dẫn nhiệt cao.
Để tăng cường độ ổn định, hệ thống sử dụng bộ tập trung và cơ chế điều nhiệt, giúp lõi pin duy trì nhiệt độ 20°C trong quá trình sạc và xả, ngay cả khi nhiệt độ bên ngoài dao động giữa âm 5°C và dương 5°C. Công nghệ này có thể giải quyết hiệu quả các vấn đề hạn chế điện hóa mà pin nước gặp phải trong khí hậu lạnh, từ đó cung cấp giải pháp khả thi cho tích trữ năng lượng quy mô lớn.
Các nhà nghiên cứu sẽ tích hợp nguồn lực trí tuệ và nền tảng công nghệ của Đại học Công nghệ Thâm Quyến và Đại học New South Wales để thực hiện chuyển giao công nghệ. Nhà nghiên cứu Dawei Wang cho biết: “Chúng tôi cam kết thúc đẩy thiết kế đổi mới cho công nghệ năng lượng tiêu thụ ròng bằng không. Trong ví dụ cụ thể này, chúng tôi phác thảo khái niệm này và chế tạo hệ thống liên quan để thực hiện việc làm nóng pin bằng năng lượng mặt trời. Chúng tôi hy vọng việc chuyển giao giải pháp này sẽ đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp mới nổi về pin có dải nhiệt độ rộng”.
Tiến bộ công nghệ pin này có khả năng mở rộng ứng dụng của pin nước trong tích trữ năng lượng quy mô lưới, đặc biệt là ở các vùng lạnh giá. Bằng cách nâng cao hiệu suất ở nhiệt độ thấp, các pin này có thể được triển khai tại các khu vực cực, cung cấp giải pháp hiệu quả chi phí và bền vững cho hệ thống lithium-ion. Việc áp dụng công nghệ quang nhiệt giúp mở ra hướng đi mới cho sự đổi mới trong cơ chế tự sinh nhiệt của pin, hứa hẹn nâng cao hiệu suất năng lượng cho nhiều ứng dụng, chẳng hạn như tích trữ năng lượng tái tạo và xe điện hoạt động trong khí hậu lạnh.