Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công pin proton có khả năng sạc lại, sử dụng vật liệu hữu cơ mới mang tên tetraamino-benzoquinone (TABQ). Vật liệu này cho phép proton di chuyển nhanh chóng, từ đó nâng cao hiệu quả lưu trữ năng lượng.

Giáo sư Chuan Zhao từ UNSW cho biết: "Chúng tôi đã phát triển một loại vật liệu phân tử nhỏ mới có dung lượng lớn để lưu trữ proton". Pin proton không chỉ có khả năng lưu trữ năng lượng nhanh mà còn có tuổi thọ dài và hoạt động hiệu quả ngay cả ở nhiệt độ dưới 00C. Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng, kết hợp với cực âm tetrachlorobenzoquinone (TCBQ), pin hoàn toàn hữu cơ này có chu kỳ sạc/xả lên đến 3.500 lần, kết hợp dung lượng cao và hiệu suất tốt trong điều kiện lạnh, từ đó mở ra triển vọng mới cho việc lưu trữ năng lượng tái tạo.

Đột phá giúp giải quyết những hạn chế về pin

Bước đột phá này có khả năng cách mạng hóa lĩnh vực lưu trữ năng lượng, đặc biệt là trong các ứng dụng như lưu trữ quy mô lưới điện và xe điện. Hiện nay, pin lithium-ion đang được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử và xe điện, nhưng sự phụ thuộc vào lithium (một nguồn tài nguyên hữu hạn) đã dấy lên lo ngại về tính khả dụng lâu dài và tác động môi trường.

Sicheng Wu đến từ Khoa Hóa học tại UNSW, cho biết: "Lithium không được phân bổ đều trên Trái đất khiến một số quốc gia khó tiếp cận nguồn lithium giá rẻ. Hơn nữa, pin lithium còn gặp nhiều thách thức liên quan đến sạc nhanh, an toàn và hiệu suất thấp ở nhiệt độ lạnh. Trong khi đó, pin proton sử dụng proton (một nguồn năng lượng dồi dào và thân thiện với môi trường) với khả năng khuếch tán nhanh và mật độ năng lượng cao hơn".

Pin proton của UNSW sử dụng vật liệu TABQ làm cực dương, điều này cho thấy khả năng lưu trữ proton vượt trội và tuổi thọ chu kỳ dài. Trong các thử nghiệm, pin nguyên mẫu đã đạt được tuổi thọ chu kỳ sạc/xả ấn tượng là 3.500 lần, đồng thời duy trì hiệu suất tốt ngay cả trong điều kiện lạnh.

Thông cáo báo chí kết luận rằng pin proton đang thu hút sự chú ý như một giải pháp thay thế sáng tạo và bền vững trong lĩnh vực năng lượng, được coi là một trong những giải pháp tiềm năng cho các thiết bị lưu trữ năng lượng thế hệ tiếp theo. Những đặc điểm này khiến pin proton trở thành ứng cử viên sáng giá cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm lưu trữ năng lượng trên lưới điện, một yếu tố quan trọng trong việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo vào lưới điện.

Mặc dù nguyên mẫu hiện tại đã chứng minh tiềm năng của công nghệ này nhưng nhóm nghiên cứu cũng đang nỗ lực cải tiến hiệu suất của pin proton. Họ dự định tập trung vào việc phát triển các vật liệu hữu cơ mới với khả năng oxy hóa khử cao hơn nhằm tăng điện áp đầu ra của pin. Giáo sư Zhao bày tỏ sự hào hứng về những ứng dụng tiềm năng của nghiên cứu: "Chúng ta có thể khám phá cách sử dụng các phân tử hữu cơ này cho nhiều mục đích khác nhau, chẳng hạn như lưu trữ hydro".

Được biết, khả năng lưu trữ proton hiệu quả có thể tạo ra bước đột phá trong ngành công nghiệp hydro - một nguồn năng lượng sạch và bền vững. Hiện tại, việc lưu trữ và vận chuyển hydro vẫn là những thách thức lớn. Nếu các vật liệu có khả năng lưu trữ proton được phát triển thành công, việc vận chuyển và sử dụng hydro sẽ trở nên dễ dàng và an toàn hơn.