Ngày: 05/12/2025.
Lần đầu tiên, một hệ thống pin kép ion nhôm-graphit hoàn chỉnh đã được chế tạo và thử nghiệm, chứng minh rằng pin công suất cao không chứa lithium có thể mang lại sự ổn định, phản hồi nhanh và khả năng tái chế cho các ứng dụng lưới điện thế hệ tiếp theo.
Hệ thống pin ion kép nhôm-graphit bao gồm các cell dạng túi, mô-đun pin, hệ thống quản lý pin và cảm biến lượng tử. Hình ảnh: Andreas Scheunert / Fraunhofer IISB
rong một bước tiến quan trọng đối với công nghệ pin không chứa lithium, dự án nghiên cứu và phát triển hợp tác INNOBATT, do Viện Fraunhofer về Hệ thống Tích hợp và Công nghệ Thiết bị (IISB) dẫn đầu, đã hoàn thành một hệ thống trình diễn pin dựa trên pin ion kép nhôm-graphit (AGDIB). Hệ thống trình diễn này xác nhận tính ổn định của loại hóa chất pin mới này không chỉ trong điều kiện phòng thí nghiệm mà còn trong các kịch bản vận hành thực tế.
Pin sạc ion nhôm là công nghệ lưu trữ năng lượng tiết kiệm chi phí, không bắt lửa, sử dụng các vật liệu hoạt tính dễ kiếm – nhôm và than chì. Với than chì tự nhiên làm vật liệu catốt, pin AGDIB có thể đạt mật độ năng lượng 160 Wh/kg và mật độ công suất vượt quá 9 kW/kg. Là thiết bị lưu trữ năng lượng cao, pin ion nhôm có thể được sạc và xả nhanh ở tốc độ C cao, cho phép ứng dụng phản hồi nhanh.
Theo Fraunhofer IISB, phản ứng hóa học thuận nghịch cho phép hơn 10.000 chu kỳ ở độ sâu phóng điện 100% (DoD) trong các tế bào thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, với hiệu suất Coulomb gần 100% và hiệu suất năng lượng trên 85%. Các tế bào dạng túi nhiều lớp chống ăn mòn được phát triển cho pin ion nhôm có dung lượng lên đến 200 mAh, đạt hơn 1.000 chu kỳ đối với tế bào 4 lớp 200 mAh ở tốc độ 6 C và hơn 7.000 chu kỳ đối với tế bào một lớp 30 mAh ở tốc độ 30 C.
Với những khả năng như vậy, pin ion nhôm thể hiện tiềm năng lớn cho các ứng dụng cố định và di động lai, đặc biệt là các hệ thống USP và thiết bị lưu trữ hiệu suất cao để ổn định lưới điện động, nơi các chu kỳ nhỏ năng lượng thấp thường xuyên đòi hỏi công suất cao hơn là mật độ năng lượng cao.
Trong khi nhiều công nghệ pin không chứa lithium mới vẫn đang ở quy mô phòng thí nghiệm, các hệ thống trình diễn hoàn chỉnh lại rất hiếm. Trong dự án INNOBATT, một hệ thống trình diễn pin hoàn chỉnh đã được thiết lập sau khi công nghệ AGDIB được mở rộng quy mô thành các pin dạng túi kích thước nhỏ, theo báo cáo của Fraunhofer IISB vào cuối tháng 11. Quá trình phát triển tập trung vào toàn bộ chuỗi giá trị: hóa học pin không chứa lithium bền vững, tích hợp hệ thống quản lý pin không dây (BMS), cảm biến dòng điện hai chiều dựa trên lượng tử và khả năng tái chế.
Trong một trường hợp thử nghiệm thực tế, hệ thống trình diễn tích hợp tám pin dạng túi AGDIB với hệ thống quản lý pin không dây dựa trên nền tảng mã nguồn mở foxBMS®, có tính năng giao tiếp RF an toàn và cảm biến lượng tử dựa trên kim cương để đo dòng điện với độ phân giải cao.
Vật liệu hoạt tính và thiết kế pin đã được tối ưu hóa để cải thiện độ ổn định, độ tin cậy và khả năng tái tạo. Mô-đun pin được lắp ráp theo cấu hình 4s2p, với một BMS-Slave giao tiếp không dây với BMS-Master. Cảm biến lượng tử, dựa trên các tâm NV trong kim cương, đo dòng điện trên năm bậc độ lớn, thu nhận cả dòng điện động nhỏ và lớn với độ chính xác cao.
Hệ thống này đã chứng minh thành công khả năng công suất cao của công nghệ hóa học AGDIB trong việc ổn định lưới điện, theo Fraunhofer IISB cho biết. Các kết quả quan sát được trước đây ở cấp độ tế bào đã được xác nhận ở cấp độ mô-đun bằng cách sử dụng dữ liệu tần số thực để mô phỏng các ứng dụng dự trữ tức thời. Hệ thống duy trì hiệu suất ổn định dưới tải dòng điện cao động ở mức 10 C, chứng minh khả năng mở rộng của AGDIB thông qua việc sản xuất tế bào, kết nối và tích hợp hệ thống thành công. Không giống như nhiều hệ thống pin thông thường, AGDIB hỗ trợ tốc độ sạc và xả rất cao, khiến nó rất phù hợp cho các ứng dụng như cung cấp quán tính ảo cho lưới điện.
Khả năng tái chế là yếu tố cốt lõi trong suốt quá trình phát triển. Vật liệu cấu thành pin có thể được tách rời về mặt vật lý mà không cần sử dụng hóa chất độc hại, cho phép tạo ra chu trình vật liệu khép kín. Thiết kế mô-đun tuân theo chiến lược thiết kế hướng đến tái chế, vượt quá các yêu cầu quy định hiện hành của EU về hiệu quả tái chế pin và thể hiện một hệ thống lưu trữ năng lượng bền vững, sẵn sàng cho tương lai.
Mặc dù nhiều công nghệ pin không chứa lithium mới đang được nghiên cứu ở cấp độ tế bào trong phòng thí nghiệm, nhưng các hệ thống pin thử nghiệm sử dụng hóa chất tế bào mới vẫn còn hiếm. Tuy nhiên, một hệ thống pin thử nghiệm dựa trên AGDIB đã được thiết lập trong dự án INNOBATT sau khi công nghệ này được mở rộng quy mô thành các tế bào dạng túi kích thước nhỏ trong các dự án nghiên cứu trước đó, theo thông báo của Frauenhofer IISB, đơn vị dẫn đầu liên minh dự án INNOBATT, vào cuối tháng 11. Việc phát triển hệ thống pin tiên tiến này tập trung vào toàn bộ chuỗi giá trị, từ hóa chất tế bào không chứa lithium bền vững, tích hợp hệ thống quản lý pin không dây (BMS) và công nghệ cảm biến dòng điện hai chiều dựa trên lượng tử, cho đến các vấn đề về khả năng tái chế.
Trong một trường hợp thử nghiệm thực tế, mô hình thử nghiệm INNOBATT chứng minh tính ổn định của loại pin mới. Tích hợp tám cell pin dạng túi AGDIB với hệ thống quản lý pin không dây (BMS) dựa trên nền tảng BMS mã nguồn mở foxBMS® của Fraunhofer IISB với khả năng giao tiếp tần số vô tuyến (RF) an toàn, nguyên mẫu này cũng tích hợp cảm biến lượng tử dựa trên kim cương tiên tiến để đo dòng điện với độ phân giải cao.
Vật liệu hoạt tính AGDIB và thiết kế pin đã được cải tiến để tăng độ ổn định và độ tin cậy của pin, đồng thời đảm bảo các chỉ số hiệu suất có thể tái tạo. Điều này cho phép ghép nối pin chính xác mặc dù sử dụng công nghệ sản xuất thủ công. Mô-đun pin được lắp ráp theo cấu hình 4s2p, sử dụng BMS-Slave với giao tiếp RF không dây an toàn với BMS-Master. Cảm biến lượng tử dựa trên các tâm NV trong kim cương. So với các cảm biến dòng điện thông thường, phạm vi đo bao phủ năm bậc độ lớn. Do đó, cả dòng điện động nhỏ và lớn đều có thể được đo với độ phân giải rất cao.
Hệ thống pin này đã chứng minh thành công tính hiệu quả của hóa học tế bào dựa trên ion Al và khả năng công suất cao của nó cho các ứng dụng ổn định lưới điện. Các kết quả thu được trước đây ở cấp độ tế bào có thể được kiểm chứng trong toàn bộ mô-đun pin bằng cách mô phỏng các ứng dụng dự trữ tức thời dựa trên dữ liệu tần số thực. Hệ thống chứng tỏ hiệu suất ổn định với tải dòng điện cao động ở mức 10C trong thời gian dài và do đó thể hiện khả năng mở rộng quy mô của AGDIB thông qua việc sản xuất tế bào, kết nối tế bào và tích hợp hệ thống thành công. Một lợi thế lớn của AGDIB là nó cho phép tốc độ xả rất cao và, không giống như nhiều hệ thống pin hiện có, cũng cho phép tốc độ sạc cao, như yêu cầu đối với các ứng dụng lưới điện (ví dụ: cung cấp quán tính ảo).
Khả năng tái chế của các tế bào và mô-đun đã được xem xét cẩn thận trong quá trình phát triển. Khả năng tái chế của tế bào được đánh giá thông qua quy trình tách vật lý, loại bỏ việc sử dụng hóa chất độc hại, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết lập các chu trình vật liệu khép kín. Thiết kế mô-đun tuân theo chiến lược thiết kế hướng đến tái chế, vượt qua các yêu cầu quy định hiện hành của EU về hiệu quả tái chế pin và dẫn đến sự phát triển và chứng minh hệ thống lưu trữ năng lượng bền vững này.
Mọi thông tin tư vấn về điện mặt trời doanh nghiệp hay gia đình xin liên hệ:
Thông qua Messenger của MPSe
Điện thoại / Zalo: 0904 686 673
Youtube: https://www.youtube.com/@MaiPhuongSolar-MPSE/shorts
Tiktok: https://www.tiktok.com/@mpse27
Mai Phương Solar Energy – Giải pháp năng lượng sạch cho tương lai bền vững
