Các nhà khoa học tại Đại học Sungkyunkwan (Hàn Quốc) đã công bố một bước tiến quan trọng trong công nghệ pin nước, khi chỉ cần thêm một chất phụ gia vào dung dịch điện phân để tạo ra loại pin có tuổi thọ lên tới 2.800 giờ và công suất diện tích kỷ lục thế giới 8,10 mAh cm⁻².
Pin nước – giải pháp thay thế an toàn cho lithium-ion
Pin lithium-ion hiện thống trị thị trường nhờ mật độ năng lượng cao, nhưng đi kèm nguy cơ cháy nổ, chi phí nguyên liệu lớn và vấn đề môi trường. Pin nước sử dụng dung dịch điện phân gốc nước thay vì hóa chất hữu cơ dễ cháy, không bắt lửa, thân thiện hơn và có thể rẻ hơn đáng kể. Tuy nhiên, pin nước thường có tuổi thọ ngắn và dung lượng thấp do kẽm – kim loại làm điện cực – lắng đọng không đều và bị ăn mòn trong nước.
Phụ gia C10 – giải pháp đơn giản nhưng hiệu quả
Thay vì thiết kế lại cấu trúc pin hay dùng vật liệu mới, giáo sư Hoseok Park và nhóm nghiên cứu chỉ thêm một lượng nhỏ chất phụ gia C10 thuộc nhóm zwitterionic vào dung dịch điện phân. Các phân tử C10 tự sắp xếp thành cấu trúc nano đường kính khoảng 3,77 nanomet, thực hiện hai nhiệm vụ: hướng dẫn ion kẽm lắng đọng đều đặn trên điện cực, và tạo lớp bảo vệ ngăn kẽm tiếp xúc trực tiếp với nước, hạn chế ăn mòn.
Kỷ lục về tuổi thọ và công suất
Kết quả thử nghiệm cho thấy pin cải tiến bằng C10 hoạt động ổn định liên tục hơn 2.800 giờ, đồng thời đạt công suất diện tích 8,10 mAh cm⁻² – theo nhóm nghiên cứu là mức cao nhất từng ghi nhận trong các hệ thống pin nước. Trước đây, tuổi thọ và dung lượng thường đánh đổi lẫn nhau, nhưng phương pháp này cải thiện cả hai mà không cần thay đổi cấu trúc pin hay sử dụng vật liệu đắt tiền.
Nhận định từ nhóm nghiên cứu
Giáo sư Park nhận xét: “Chúng tôi đã chứng minh rằng hiệu suất của pin nước có thể được cải thiện đáng kể thông qua cách tiếp cận đơn giản là thêm một lượng nhỏ vật liệu vào dung dịch điện phân, mà không cần vật liệu đắt tiền hay quy trình sản xuất phức tạp.”
Ứng dụng trong tương lai
Nhóm nghiên cứu xác định hai lĩnh vực ứng dụng chính: lưu trữ năng lượng quy mô lớn cho lưới điện tái tạo, và hạ tầng AI cùng trung tâm dữ liệu đang bùng nổ. Các trung tâm dữ liệu yêu cầu nguồn lưu trữ ổn định, an toàn, có thể mở rộng – pin nước với hiệu suất mới có thể đáp ứng tốt hơn lithium-ion trong các ứng dụng cố định. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí khoa học chuyên ngành và đang được đánh giá tiềm năng thương mại hóa.
