Pin kẽm-ion hỗ trợ chuyển đổi sang năng lượng sạch

Pin Lithium-ion đóng vai trò thiết yếu trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu. Trên thực tế, công nghệ dựa trên Li-ion được sử dụng rộng rãi cả trong xe điện (EV), trong đó cần có pin nhẹ và hiệu suất cao có khả năng hỗ trợ số lượng lớn các chu kỳ sạc/xả và để lưu trữ năng lượng tái tạo, bởi bản chất của chúng được sản xuất không liên tục.

 

Tuy nhiên, các nguyên liệu thô cần thiết để sản xuất pin Li-ion có thể sẽ không đủ để đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng tăng và các vấn đề về nguồn cung có thể gây nguy hiểm cho quá trình chuyển đổi hoàn toàn sang phương tiện di chuyển bằng điện. Do đó, cần phải phát triển các công nghệ thay thế để giải quyết tình trạng thiếu nguyên liệu thô đang nổi lên.

 

Mặc dù hiện tại rất khó tìm được chất thay thế cho lithium trong pin EV (do nó cực kỳ nhẹ), một câu chuyện khác áp dụng cho các bộ tích điện được sử dụng để lưu trữ tạm thời năng lượng được tạo ra từ các nguồn tái tạo. Trong trường hợp này, trên thực tế, các yêu cầu về trọng lượng và kích thước không còn ràng buộc nữa.

Công nghệ kẽm-ion của Salient

Được thành lập vào năm 2017 tại Waterloo, Canada, Salient Energy đã phát triển công nghệ sản xuất pin kẽm-ion an toàn, bền vững và giá cả phải chăng để sử dụng làm bộ lưu trữ tạm thời trong các nhà máy năng lượng tái tạo. Những cơ sở đó, cần thiết cho quá trình chuyển đổi năng lượng, lưu trữ điện sạch khi có nhiều và cung cấp khi cần.

 

Ryan Brown, Giám đốc điều hành và đồng sáng lập của Salient Energy cho biết: “Vào năm 2013, khi tôi bắt đầu nghiên cứu về pin trong phòng thí nghiệm của trường, tôi đã tin chắc rằng pin là loại công nghệ lớn tiếp theo cần thiết để giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu. . “Đó là nơi tôi gặp Brian, người đồng sáng lập của tôi, người đã phát minh ra loại pin kẽm-ion mới này.”

 

Có thể sẽ xảy ra tình trạng thiếu pin Li-ion cần thiết để chống biến đổi khí hậu. Tình trạng thiếu nguyên liệu Li-ion ngày càng trầm trọng hơn mỗi năm, như thể hiện trong Hình 1. Chi phí ngày càng tăng và sự gián đoạn nguồn cung đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng.

Công nghệ kẽm-ion của Salient

Salient Energy tiếp tục giảm sự phụ thuộc

So với lithium, kẽm dồi dào hơn gần 100 lần trên thế giới và việc sản xuất kẽm-ion giúp giảm 2/3 lượng khí thải nhà kính. Salient Energy tiếp tục giảm sự phụ thuộc vào các chuỗi cung ứng nguy hiểm và rủi ro cao bằng cách sử dụng độc quyền các kim loại được khai thác, chế biến và sản xuất ở Bắc Mỹ.

 

Brown cho biết: “Khi chúng ta nghĩ về việc giải quyết biến đổi khí hậu, có hai điều thực sự quan trọng: quy mô và tốc độ.

 

Về điểm đầu tiên, Salient Energy tạo điều kiện chuyển đổi nhanh chóng sang năng lượng tái tạo bằng cách cung cấp một giải pháp thay thế có thể mở rộng cho lithium-ion: kẽm-ion.

 

Theo Brown, để khử cacbon kịp thời cho hệ thống điện toàn cầu nhằm tránh biến đổi khí hậu thảm khốc, chúng ta cần một ngành công nghiệp lưu trữ năng lượng cố định sử dụng nhiều pin như ngành công nghiệp EV hiện tại và chúng ta cần chúng trong 10 năm tới. Bởi vì thị trường nguyên liệu thô Li-ion đang gặp phải tình trạng thiếu hụt nguồn cung cấp cho ngành công nghiệp EV, nên nó không thể là giải pháp cho điều đó. Điều cần thiết là một công nghệ thay thế có thể thay thế pin Li-ion.

 

Brown cho biết: “Vì tốc độ cũng quan trọng nên chúng tôi cần chế tạo pin bằng cách sử dụng chuỗi cung ứng đã tồn tại rất nhiều – đây là điều khiến pin của chúng tôi trở nên đặc biệt”.

 

Pin kẽm-ion của Salient sử dụng kẽm và mangan đioxit cấp hàng hóa tiêu chuẩn được sử dụng trong pin dùng một lần. Đây là những vật liệu có sẵn rộng rãi, chi phí thấp và không độc hại. Ngoài ra, công nghệ mới dựa trên thiết kế dựa trên nước giúp loại bỏ nguy cơ hỏa hoạn.

 

Vì kẽm có mật độ năng lượng cao nên Salient có thể tạo ra các bộ pin có kích thước nhỏ gọn có thể thay thế trực tiếp pin Li-ion mà vẫn giữ nguyên kích thước, năng lượng và công suất.

 

Không giống như pin kẽm truyền thống sử dụng chất điện phân có độ pH cao và các phản ứng hóa học ở cả hai điện cực, pin kẽm của Salient sử dụng chất điện phân có độ pH trung tính, không phản ứng với các điện cực.

Brown cho biết: “Trọng tâm đầu tiên của chúng tôi là các hệ thống lưu trữ năng lượng dân dụng như Tesla Powerwall, bởi vì chúng tôi muốn giải quyết mọi thứ thật nhanh chóng.

Salient Energy tiếp tục giảm sự phụ thuộc

Ông nói thêm: “Làm việc trên các hệ thống nhỏ hơn giúp chúng tôi học hỏi nhanh hơn. “Sau đó, chúng tôi sẽ chuyển sang các hệ thống lớn hơn như ứng dụng công nghiệp và thương mại. Và sau đó sẽ là các hệ thống tiện ích, rất đồ sộ. Đó là lộ trình của chúng tôi.”

 

Như Brown đã chỉ ra, khả năng của kẽm-ion mang lại hiệu suất tương tự như Li-ion trong một thiết kế nhỏ gọn tương tự có nghĩa là các hệ thống lưu trữ năng lượng được chế tạo bằng kẽm-ion trên thực tế sẽ không thể phân biệt được với các hệ thống được chế tạo bằng Li-ion. Điều mà Salient đang cố gắng thực hiện là cung cấp trải nghiệm người dùng và hiệu suất giống như pin Li-ion.

Ứng dụng của Pin kẽm-ion

Ứng dụng chính của công nghệ này là trong năng lượng tái tạo, nơi nó có thể được sử dụng để lưu trữ hiệu quả năng lượng từ 4 đến 6 giờ trong hơn 10 năm. Tuy nhiên, nó không dành cho xe điện; mặc dù có kích thước tương tự nhưng pin của Salient không thể thay thế pin Li-ion trên ô tô do trọng lượng nặng. Ngoài ra, công nghệ mới giúp giảm đáng kể chi phí, một yếu tố quan trọng để làm cho việc lưu trữ năng lượng cố định hoạt động.

 

Brown nói: “Chúng ta cần xây dựng các nhà máy càng nhanh càng tốt. “Chúng tôi phải đảm bảo rằng khi có sự gia tăng lớn theo cấp số nhân đó, chúng tôi sẽ sẵn sàng cung cấp pin để đáp ứng nhu cầu thị trường.”

 

Vào tháng 1 năm 2021, Salient Energy đã được Ủy ban Năng lượng California (CEC) cấp hơn 1,5 triệu đô la để hỗ trợ thiết kế và lắp ráp các hệ thống lưu trữ năng lượng cho khu dân cư bằng kẽm-ion. Công ty đã sử dụng khoản tài trợ để mở văn phòng và cơ sở kỹ thuật ở Oakland, California.

 

Salient sẽ tạo, thử nghiệm tại hiện trường và xác thực các ứng dụng nguyên mẫu pin kẽm-ion tốt nhất trong lớp cho các hệ thống lưu trữ gia đình tại cơ sở mới do CEC tài trợ. Thông qua dự án này, công ty hy vọng sẽ chuyển công nghệ từ cấp độ tiền thương mại sang giai đoạn trình diễn công nghệ, từ đó nó có thể được xác minh và nhân rộng sau đó.

 

Các công nghệ lưu trữ năng lượng kẽm-ion của Salient, khi được coi là khả thi về mặt thương mại, sẽ đẩy nhanh việc chấp nhận và triển khai lưu trữ năng lượng không phải Li-ion ở California và hỗ trợ các nỗ lực đạt được các mục tiêu năng lượng đầy tham vọng của tiểu bang, bao gồm cả việc thay thế năng lượng chạy bằng nhiên liệu hóa thạch máy phát điện dự phòng.

 

Brown cho biết: “Chúng tôi đang nỗ lực hết mình để mở rộng quy mô sản xuất tại nhà máy thí điểm của chúng tôi ở Canada để năm tới chúng tôi có thể sản xuất các hệ thống dân cư của mình cho các dự án thí điểm. “Chúng tôi sẽ thực hiện các bước đó cứ sau một đến hai năm, bởi vì vào cuối thập kỷ này, chúng tôi muốn trở thành nhà cung cấp pin chính cho thị trường lưu trữ năng lượng.”