Pin dòng chảy là gì?
Khác với các pin thông thường bạn thường thấy, cả ba thành phần chính là cực dương, cực âm và chất điện phân - cho phép điện tích chảy qua chúng - đặt chung trong một ngăn (cell). Một pin lithium-ion có thể chứa một hoặc nhiều cell, nhưng điểm mấu chốt là cả ba thành phần của mỗi cell đều được bao bọc cùng nhau.
Trong khi đó, pin dòng chảy không phải là một khối duy nhất (như pin dùng cho điện thoại thông minh hay xe điện). Thay vào đó là các cụm (nơi diễn ra quá trình chuyển đổi năng lượng). Trong hầu hết pin dòng chảy, bạn thấy hai bình chứa chất điện phân riêng biệt dạng lỏng, trong đó có chứa năng lượng.
Chất điện phân không nằm trong “thân pin” mà lưu trữ trong bình chứa. Chúng chảy và tuần hoàn qua khu vực diễn ra quá trình chuyển đổi năng lượng. Các bình chứa kết nối với một hoặc nhiều cell, ở đó chất điện phân không pha lẫn mà ngăn cách bởi màng trao đổi ion. Pin dòng chảy còn có hệ thống ống dẫn, máy bơm để tuần hoàn chất điện phân.
Lượng điện mà pin dòng chảy có thể tạo ra phụ thuộc vào kích thước của các bình chứa, vì vậy nếu bạn cần mở rộng quy mô và lưu trữ nhiều năng lượng hơn, bạn thường có thể thay thế chúng bằng các bình chứa lớn hơn mà không cần tăng kích thước của các cell pin.
Hiện nay có nhiều loại pin dòng chảy trên thị trường. Sự khác biệt giữa chúng chủ yếu nằm ở các vật liệu được sử dụng để tạo ra hỗn hợp chất điện phân, chẳng hạn như hỗn hợp chất điện phân kẽm-brom; sắt-chrom; hay vanadium-vanadium.
Ưu điểm và lợi ích của pin dòng chảy
● Dễ dàng mở rộng. Pin dòng chảy có tính modul và có thể mở rộng. Cụm pin, nơi diễn ra quá trình chuyển đổi năng lượng, quyết định công suất của pin. Khi cần công suất lớn, từ watt đến megawatt, người ta sử dụng nhiều cụm pin hơn, kết nối nối tiếp hoặc song song. Quy mô tổng thể, sẽ xác định cách bố trí phù hợp. Các bình chứa với thể tích và chất điện phân bên trong quyết định dung lượng năng lượng. Về lý thuyết, thể tích này được xác định bởi yêu cầu của ứng dụng.
● Suy giảm dung lượng không đáng kể. Dung lượng lưu trữ năng lượng không phụ thuộc vào công suất định mức. Đối với tất cả pin dòng chảy, không có sự suy giảm dung lượng đáng kể trong suốt vòng đời. Do đó pin dòng chảy phù hợp cho việc lưu trữ năng lượng trong thời gian dài. Một số giải pháp đang ở giai đoạn tiềm năng, cho thời gian hoạt động liên tục từ 20 năm trở lên.
● Rất ít hiện tượng tự xả (phóng điện). Thông thường, các pin thường chịu ảnh hưởng bởi phản ứng hóa học bên trong, ngay cả khi không sử dụng. Các chất tham gia phản ứng hóa học có thể đi qua lớp ngăn cách giữa các điện cực, dẫn đến hiện tượng phóng điện. Các công nghệ pin đều bị ảnh hưởng nhiều hay ít. Với pin dòng chảy, chỉ có chất điện phân nằm bên trong cụm pin mới ảnh hưởng bởi quá trình này khi máy bơm ngừng hoạt động. Còn chất điện phân nằm bên trong bình chứa bên ngoài không bị ảnh hưởng. Với các pin dòng chảy điển hình, giữa thể tích trong các cụm pin và thể tích trong các bình chứa thì thể tích có thể tự xả thường nhỏ hơn 1%.
● Không cần hệ thống làm mát phức tạp. Nhìn chung pin dòng chảy hoạt động trong phạm vi nhiệt độ môi trường. Thông thường, thể tích lớn của chất điện phân giúp hệ thống hoạt động ổn định, không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ môi trường theo chu kỳ ngày đêm. Ngoài ra, nhiệt lượng tạo ra và tích trữ bên trong chất điện phân, có thể sử dụng như một phần của chiến lược quản lý nhiệt cho pin, giảm nhu cầu làm mát phức tạp cho hệ thống pin.
● Chế tạo từ vật liệu giá rẻ, dễ tìm. Pin dòng chảy có thể chế tạo từ các vật liệu giá rẻ, dễ tìm, chẳng hạn như nhựa nhiệt dẻo và vật liệu gốc carbon. Nhiều bộ phận của pin có thể tái chế. Chất điện phân có thể thu hồi và tái sử dụng, dẫn đến chi phí thấp. Vật liệu của pin không dễ cháy và tác động môi trường thấp.
Tuy nhiên, nhược điểm của pin dòng chảy là chiếm nhiều diện tích. Không chỉ các bình chứa có kích thước lớn, mà hệ thống còn có máy bơm, ống dẫn, đòi hỏi bảo trì nhiều hơn so với các loại pin khác được đóng gói khép kín. Nếu mở rộng thêm các modul, hệ thống sẽ tốn không gian hơn nữa. Một nhược điểm nữa của pin dòng chảy là mật độ năng lượng thấp hơn các loại pin lithium.
Pin dòng chảy rất an toàn
Một vấn đề rất quan trọng nảy sinh trong các năm gần đây liên quan đến các vụ nổ và cháy pin. An toàn phải là một phần không thể thiếu trong lựa chọn phương pháp lưu trữ năng lượng phù hợp. Đây là rủi ro rất không mong muốn trong bất kỳ hệ thống pin nào và gây ra chi phí bổ sung trong việc lắp đặt pin (biện pháp phòng cháy chữa cháy, bảo hiểm, khoảng cách an toàn,…).
Tuy nhiên, pin dòng chảy lưu trữ năng lượng trong chất điện phân lỏng trong các bình chứa nằm bên ngoài. Chúng thường được coi là an toàn hơn pin lithium, vốn có chất điện phân dễ cháy lưu trữ trong mỗi cell pin. Phần lớn bình chứa chất điện phân lỏng của pin dòng chảy rất an toàn. Lý do chính là hàm lượng nước rất cao trong chất điện phân, khiến chúng không bắt lửa.
