Một nhóm nghiên cứu thuộc Viện khoa học và công nghệ quốc gia Ulsan (UNIST) Hàn Quốc, vừa đạt được bước đột phá lớn trong việc phát triển hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn, tiết kiệm chi phí, cụ thể là pin dòng chảy oxy hóa khử sắt-crom (ICRFB).
Được biết đến với tính an toàn, giá cả phải chăng, phù hợp cho các ứng dụng quy mô lưới điện, loại pin này cung cấp nguồn điện đáng tin cậy cho các cơ sở có nhu cầu phụ tải cao, như trung tâm dữ liệu, đồng thời loại bỏ các rủi ro liên quan đến chất điện phân dễ cháy.
Dưới sự dẫn dắt của Giáo sư Hyun-Wook Lee, nhóm nghiên cứu đã chứng minh việc phủ bismuth (Bi) lên điện cực giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của pin. Việc sửa đổi bề mặt đơn giản này giúp tăng tốc phản ứng oxy hóa khử của crom lên hơn 10 lần và ngăn chặn sự phát sinh khí hydro, dẫn đến hiệu suất năng lượng cao hơn và tuổi thọ chu kỳ dài hơn.
Pin ICRFB sử dụng dung dịch nước chứa sắt và crom, được lưu trữ tách biệt và tuần hoàn qua các điện cực trong quá trình sạc và xả. Chất điện phân gốc nước của chúng loại bỏ nguy cơ cháy nổ, đồng thời sự dồi dào và chi phí thấp của sắt và crom làm cho loại pin này trở nên rất hấp dẫn cho việc triển khai quy mô lớn.
Tuy nhiên, các thách thức như phản ứng oxy hóa khử của crom chậm và các phản ứng phụ, đặc biệt là phản ứng tạo ra khí hydro, đã hạn chế việc sử dụng thực tế của chúng. Khắc phục những vấn đề này là rất quan trọng để giúp pin hoạt động bền bỉ và hiệu quả cao.
Trong ấn phẩm trên tạp chí Materials Chemistry A, nhóm nghiên cứu đã giới thiệu cách tiếp cận sáng tạo dựa trên kỹ thuật giao diện. Bằng cách điện phân lắng đọng bismuth lên bề mặt điện cực, họ đạt được hai kết quả chính: Tăng tốc truyền điện tích cho Cr³⁺/Cr²⁺ (tăng khoảng 10 lần) và ức chế phản ứng tạo khí hydro.
Tính chất kép xúc tác và phản xúc tác này, cho phép pin hoạt động ổn định trong hơn 500 chu kỳ, với hiệu suất năng lượng trung bình là 75,22%. Đặc biệt, hiệu suất Coulomb đạt 99,29%, cho thấy gần như tất cả electron được bơm vào đều đóng góp vào các phản ứng điện hóa hữu ích.
Nghiên cứu này chứng minh thiết kế giao diện điện cực không chỉ có thể xúc tác các phản ứng mong muốn mà còn có thể sử dụng để chủ động ngăn chặn các phản ứng phụ không mong muốn. Chiến lược kép này mở ra hướng đi mới để thiết kế các pin lưu trữ năng lượng dòng chảy bền bỉ và hiệu quả hơn, theo Giáo sư Hyun-Wook Lee.
