Những công nghệ lưu trữ năng lượng vượt qua giới hạn của pin lithium-ion

Nhiều quốc gia trên thế giới hiện đang thử nghiệm các phương án độc đáo như công nghệ pin khí hóa lỏng, pin muối nóng chảy hay pin cát... nhằm tích trữ nguồn năng lượng tái tạo một cách hiệu quả nhất.

Sự dịch chuyển công nghệ lưu trữ năng lượng xanh

Tờ Guardian đưa tin, trong bối cảnh công nghệ pin lithium-ion truyền thống dần chạm tới giới hạn về diện tích lẫn quy mô sản xuất, các giải pháp lưu trữ thay thế đang khẳng định vai trò then chốt đối với hạ tầng năng lượng sạch. Điểm vượt trội của các công nghệ mới này là không phụ thuộc vào những nguyên liệu khoáng sản khan hiếm như lithium, cobalt hay nickel – vốn đòi hỏi hoạt động khai thác dễ gây tổn hại môi trường.

Trái ngược với giới hạn vòng đời sạc/xả cố định của pin lithium-ion, hàng loạt công nghệ pin tiên tiến có khả năng vận hành lâu dài không giới hạn và dễ dàng tái chế. Giới nghiên cứu đã tận dụng các nguồn nguyên liệu sẵn có để tích lũy lượng điện thừa từ nguồn năng lượng tái tạo, đáp ứng nhu cầu đa dạng từ thiết bị thông minh đeo trên người đến các nhà máy công nghiệp hay mạng lưới sưởi trung tâm.

Pin khí hóa lỏng: Bước tiến tại Anh

Vào giai đoạn cuối năm ngoái, dự án lưu trữ năng lượng Carrington do doanh nghiệp khởi nghiệp Highview Power triển khai đã chính thức khởi công trên nền nhà máy nhiệt điện than cũ ở Trafford, Greater Manchester, Anh. Mô hình này tập trung vào việc thu gom nguồn năng lượng tái tạo thặng dư để chuyển hóa thành dạng khí hóa lỏng.

Cụ thể, dự án Carrington vận hành dựa trên cơ chế dùng điện tái tạo dư thừa hạ nhiệt độ không khí xuống ngưỡng -196 độ C. Khí bị hóa lỏng sẽ thu hẹp thể tích tới 700 lần so với ban đầu. Lượng khí lỏng này được bảo quản an toàn cho tới khi nguồn cung điện tái tạo sụt giảm và giá thị trường tăng cao. Ngay lúc đó, môi chất lỏng được làm ấm để chuyển ngược về dạng khí, quá trình giãn nở cực nhanh sẽ vận hành turbine sinh ra điện năng mà hoàn toàn không phát thải khí nhà kính.

Dù từng chịu một số gián đoạn về tiến độ, công trình dự kiến bắt đầu đi vào vận hành chính thức vào cuối năm nay với dung lượng tích trữ đạt 300 MWh và công suất phát 50 MW liên tục trong 6 giờ, đủ đáp ứng điện sạch cho khoảng 500.000 hộ gia đình.

Pin muối nóng chảy: Lưu trữ nhiệt độ cao

Dự án Crescent Dunes tại Mỹ

Ở khu vực sa mạc thuộc bang Nevada (Mỹ), hệ thống gồm 10.000 tấm quang điện mặt trời cung cấp năng lượng cho dự án Crescent Dunes. Suốt một thập kỷ qua, hệ thống này tận dụng bức xạ mặt trời để đun nóng bể chứa muối natri và kali nitrate lên mức 560 độ C. Mức nhiệt này được duy trì ổn định tới 10 tiếng đồng hồ sau khi đêm xuống, trước khi chuyển hóa thành năng lượng điện nhờ hơi nước chạy turbine.

Dự án Crescent Dunes trên sa mạc bang Nevada. Ảnh: Wikipedia

Quy mô phát triển tại Đan Mạch

Theo trang tin Saur Energy, hồi đầu năm nay, Đan Mạch – quốc gia đi đầu trong lĩnh vực điện gió – đã công bố công trình pin muối nóng chảy với quy mô khổng lồ đạt 1 GWh. Công nghệ này có khả năng lưu giữ nguồn điện sạch tối đa hai tuần thông qua việc nung muối lên khoảng 600 độ C. Khi có nhu cầu tiêu thụ, dòng muối nóng chảy sẽ chạy qua bộ trao đổi nhiệt để tạo ra hơi nước nhiệt độ cao phục vụ trực tiếp sản xuất công nghiệp.

Hệ thống do công ty lưu trữ nhiệt Hyme Energy (Đan Mạch) cùng tập đoàn kỹ thuật Sulzer (Thụy Sĩ) hợp tác xây dựng, có khả năng cấp điện cho 100.000 ngôi nhà trong khoảng 10 giờ với hiệu suất vận hành chạm mốc 90%.

Pin cát: Cung cấp nhiệt sưởi ấm đô thị

Bên cạnh muối nóng chảy, cát cũng là nguyên liệu lưu trữ năng lượng tái tạo đầy tiềm năng. Tại thị trấn Pornainen thuộc phía nam Phần Lan, hàng nghìn tấn cát được đưa vào sử dụng để tích trữ năng lượng sưởi ấm các công trình công cộng như trường học, thư viện và trụ sở chính quyền. Công nghệ này giúp địa phương xóa bỏ việc dùng dầu đốt trong hệ thống sưởi và cắt giảm khoảng 60% lượng gỗ nhiên liệu tiêu thụ.

2.000 tấn đá xà phòng nghiền nhỏ được sử dụng trong dự án pin cát ở Pornainen, Phần Lan. Ảnh: Polar Night Energy

Cấu trúc pin cát có chiều cao chừng 13 m, rộng 15 m, chứa khoảng 2.000 tấn đá xà phòng xay mịn nhằm tích trữ năng lượng sạch dưới dạng nhiệt lượng. Hệ thống đạt công suất nhiệt 1 MW và dung lượng lưu trữ 100 MWh, đủ cung cấp nhu cầu sưởi cho Pornainen gần một tháng trong mùa hè hoặc khoảng một tuần vào mùa đông.

Pin mồ hôi: Đột phá cho thiết bị đeo cá nhân

Theo Green Matters, đội ngũ chuyên gia tại Đại học Khoa học Tokyo đã chế tạo thành công miếng dán mỏng có khả năng phát ra dòng điện trực tiếp từ dịch mồ hôi người. Nhóm nghiên cứu do Phó giáo sư Isao Shitanda đứng đầu ứng dụng loại mực chứa enzyme đặc biệt để thu nhận các hợp chất hóa học, chủ yếu là lactate có trong mồ hôi, rồi biến đổi thành năng lượng.

Khi mồ hôi tiếp xúc với tế bào nhiên liệu sinh học, các enzyme tích hợp trên tấm dán sẽ kích hoạt phản ứng sinh hóa để giải phóng electron. Nguồn điện này cấp năng lượng cho các cảm biến tích hợp trên thiết bị đeo thông minh, giúp người dùng không cần phải sạc pin thường xuyên.

An Khang tổng hợp

Cảm ơn quý độc giả đã dành thời gian theo dõi bài viết. Mời bạn tiếp tục khám phá thêm nhiều thông tin công nghệ mới nhất và các bài viết liên quan ở ngay phía dưới.