Theo công bố nghiên cứu được công bố trên tạp chí uy tín Journal of American Chemistry, tạp chí đầu của Hội Hóa học Hoa Kỳ, các nhà nghiên cứu từ Đại học Flinders ở Nam Australia và Đại học Khoa học và Công nghệ Zhejiang ở Trung Quốc đã phát triển loại pin dung dịch nhôm đầu tiên trên thế giới, sử dụng điện giải dựa trên nook thay vì các chất nguy hiểm. Viên pin mới có thể cung cấp điện áp ổn định là 1,25 V và dung lượng là 110 mAh g–1 qua 800 chu kỳ sạc/đãi với sự suy giảm tối thiểu.
Tiến sĩ Kai Zhang của Đại học Khoa học và Công nghệ Zhejiang đã hợp tác với phòng thí nghiệm nghiên cứu của Giáo sư cùng cấp Zhongfan Jia tại Đại học Flinders để khám phá về điện hóa của các gốc bền vững. Công việc hợp tác của họ tập trung vào điện giải Lewis acid được sử dụng phổ biến nhất, Al(Otf)3, và bao gồm thử nghiệm pin.
Các gốc bền vững là các phân tử hữu cơ đã được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống pin hữu cơ khác nhau. Trước đây chúng chưa được áp dụng trong pin ion nhôm (AIBs) do thiếu hiểu biết về phản ứng điện hóa của chúng trong điện giải.
Giáo sư Jia nói rằng hầu hết các loại pin chứa các chất nguy hiểm và có thể gây ô nhiễm môi trường khi bị loại bỏ tại các bãi chôn hoặc nơi khác. Ông nói rằng các vật liệu như chì, cadmium và thủy ngân có thể độc hại cho con người và động vật, và gây ô nhiễm đất và nước, và chúng tồn tại trong môi trường trong thời gian dài.
Trong khi đó, pin của họ sử dụng điện giải dựa trên nước mà có khả năng chống cháy và ổn định khi tiếp xúc với không khí, làm cho nó an toàn và bền vững. Ông cũng nói rằng họ sử dụng các vật liệu phân huỷ sinh học cho pin gói mềm để giảm thiểu tác động đến môi trường.
GS Jia cho biết, đây là pin ion kim loại đa hóa trị, bao gồm những kim loại như nhôm Al3+, kẽm Zn2+ hoặc Magan Mg2+, đây là những nguyên tố phong phú trên Trái đất, cung cấp mật độ năng lượng cao hơn nhiều so với pin lithium-ion (LIB). Ông nhấn mạnh: “Đặc biệt, pin nhôm-ion (AIB) có được sự quan tâm lớn vì nhôm là nguyên tố phong phú thứ ba trên trái đất (8,1%), do đó AIB có khả năng trở thành hệ thống lưu trữ năng lượng bền vững với chi phí thấp".
Giáo sư Jia cũng khẳng đỉnh rằng pin ion nhôm có tiềm năng lớn như một lựa chọn thay thế cho pin ion lithi, được sử dụng rộng rãi trong điện tử tiêu dùng, xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng tái tạo. Nhưng một trong những thách thức lớn hiện nay đối với AIB là sự di chuyển chậm của các ion nhôm (Al3+) phức hợp, khiến AIB có hiệu suất ca-tốt thấp. Polymer liên hợp hữu cơ là cực âm mới được phát triển cho AIB để giải quyết vấn đề vận chuyển ion nhưng hiệu suất điện áp đầu ra của pin vẫn rất thấp.
Tuy nhiên, thiết kế pin gốc nhôm của nhóm nghiên cứu giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng các gốc ổn định làm cực âm, có thể đạt được một đầu ra điện áp cao và dung lượng lớn với sự ổn định tốt trong quá trình vận hành.
Thông qua nghiên cứu này, các nhà khoa học cũng chứng minh được, sử dụng các vật liệu điện động không liên hợp hữu cơ polymer cho các AIB an toàn và hiệu quả hơn về chi phí so với các AIB, đang sử dụng các phân tử hữu cơ liên hợp cho cực âm.
Hà An
Trần Nhật Linh
