Ngày: 08/04/2026.
Một nhóm nghiên cứu Nhật Bản-Trung Quốc đã phát triển pin lưu trữ năng lượng dòng chảy oxy hóa khử muối nóng chảy titan sử dụng các ion titan dồi dào và chất điện phân muối nóng chảy để cho phép lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện cao áp, nhanh chóng và ổn định. Hệ thống này thể hiện hiệu suất cao trên 97%, độ ổn định chu kỳ mạnh mẽ, và chi phí cũng như khả năng mở rộng được cải thiện so với pin dựa trên vanadi, và đang tiếp tục được tối ưu hóa.
Sơ đồ cấu tạo của pin dòng chảy oxy hóa khử muối nóng chảy titan đã được phát triển.
Hình ảnh: Đại học Công nghệ Bắc Kinh, Trung tâm Truyền thông Điện hóa, CC BY 4.0
Một nhóm nghiên cứu Nhật Bản-Trung Quốc đã phát triển pin lưu lượng điện hóa muối nóng chảy titan (TMSRB) sử dụng các ion titan làm vật liệu hoạt tính điện hóa và muối nóng chảy làm chất điện giải.
Được thiết kế để sử dụng trong hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện, TMSRB cung cấp mật độ dòng điện sạc-xả cao hơn so với các thiết kế pin dòng chảy oxy hóa khử vanadi (VRFB) thông thường.
Các nhà khoa học giải thích rằng, so với vanadi, titan là một nguyên tố dồi dào hơn nhiều, giải quyết được các hạn chế về nguồn cung và chi phí. “Titan là kim loại dồi dào thứ bảy trong vỏ trái đất, với hàm lượng nguyên tố trong vỏ là 0,56%, gấp 35 lần so với vanadi. Do đó, không cần lo ngại về nguồn cung bền vững các vật liệu hoạt tính oxy hóa khử trong TMSRB”, họ nhấn mạnh.
Hệ thống hoạt động bằng cách sử dụng các ion titan ở nhiều trạng thái oxy hóa khác nhau, với cặp oxy hóa khử Ti⁴⁺/Ti³⁺ ở cực âm và cặp oxy hóa khử Ti³⁺/Ti²⁺ ở cực dương, cho phép các phản ứng oxy hóa khử thuận nghịch. Nó cũng sử dụng chất điện phân muối nóng chảy, chẳng hạn như lithium chloride–kali chloride (LiCl–KCl) và sodium chloride–magnesium chloride–kali chloride (NaCl–MgCl₂–KCl), mà các nhà khoa học cho biết có phạm vi ổn định điện hóa rộng và độ dẫn ion cao, đồng thời hỗ trợ hoạt động hiệu quả ở điện áp cao, tốc độ sạc/xả nhanh và chu kỳ ổn định ở nhiệt độ từ 300–450°C.
Pin này cũng sử dụng một chén nung oxit nhôm xốp (Al₂O₃) làm chất phân tách, cùng với các điện cực carbon và than chì được nối với nhau bằng dây dẫn niken. Titan tetraclorua (TiCl₄) được đưa vào hệ thống một cách cẩn thận, và quá trình bay hơi của nó được kiểm soát bằng cách sử dụng chất phụ gia lithi florua (LiF).
Pin được lắp ráp với màng ngăn được đặt giữa cực dương và cực âm. Điện cực âm bao gồm một lưới carbon nhiều lớp được nối với một thanh than chì làm bộ thu dòng điện và một thanh niken làm dây dẫn. Một cấu hình tương tự, bao gồm một hình trụ carbon rỗng, được sử dụng ở phía đối diện. Chất điện phân muối nóng chảy chứa ion titan được thêm vào pin và LiF được đưa vào phía cực dương để ngăn chặn sự bay hơi của TiCl₄.
Sau khi lắp ráp hoàn chỉnh, pin được vận hành trong môi trường khí argon (Ar) trong lò điện trở để đánh giá hành vi oxy hóa khử và độ ổn định chu kỳ sạc-xả. Ngoài ra, mô phỏng động lực học phân tử ab initio (AIMD) được sử dụng để theo dõi sự phân bố ion trong quá trình hoạt động.
Phân tích đã chứng minh tính phù hợp của các ion titan đa hóa trị như vật liệu hoạt tính oxy hóa khử cho pin hiệu suất cao. Phương pháp đo điện thế tuần hoàn và điện thế sóng vuông trong dung dịch LiCl–KCl nóng chảy ở 400°C cho thấy các phản ứng oxy hóa khử Ti²⁺/Ti³⁺ và Ti³⁺/Ti⁴⁺ rõ ràng và thuận nghịch, mà các nhà khoa học cho rằng có thể cung cấp điện áp lý thuyết cao khoảng 1,55 V, có thể mở rộng lên đến 1,80 V khi bao gồm Ti/Ti²⁺. Hơn nữa, nhiều trạng thái oxy hóa ổn định và các chuyển đổi oxy hóa khử khác nhau đã được tìm thấy để tăng cường hơn nữa tính linh hoạt và ổn định của hệ thống.
Các nhà nghiên cứu cũng xác định rằng thành phần muối nóng chảy có thể được điều chỉnh để tối ưu hóa chi phí, phạm vi nhiệt độ và hiệu suất điện hóa. Các thí nghiệm với các chất điện giải khác nhau đã xác nhận hoạt tính oxy hóa khử ổn định và điện áp cao trên phạm vi nhiệt độ rộng.
Ngoài ra, các thử nghiệm thực nghiệm đã chứng minh hiệu suất Coulomb cao, trên 97%, và chu kỳ sạc/xả "ổn định" ngay cả ở tốc độ sạc/xả cao. Hiệu năng vẫn mạnh mẽ trên nhiều hệ thống muối nóng chảy khác nhau, cho thấy độ bền và khả năng thích ứng cao.
“Tóm lại, pin TMSRB được phát triển có nhiều ưu điểm vượt trội, đặc biệt là điện áp hoạt động cao hơn, hiệu suất Coulomb cực cao, khả năng sạc-xả nhanh và nguồn nguyên liệu dồi dào, giá thành thấp,” các nhà nghiên cứu nhấn mạnh. “Việc tối ưu hóa kỹ thuật hơn nữa—chẳng hạn như thiết kế cụm pin tiên tiến, các chiến lược quản lý nhiệt được cải tiến và đánh giá chi tiết hơn về các chỉ số hiệu suất cấp hệ thống, bao gồm hiệu suất điện áp, hiệu suất năng lượng, dung tích bể chứa chất điện phân và mật độ năng lượng thể tích thực tế, hiện đang được tiến hành.”
Hệ thống VRFB đã được giới thiệu trong bài báo “ Pin lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện dựa trên công nghệ oxy hóa khử ”, được đăng trên tạp chí Electrochemistry Communications . Nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà khoa học từ Đại học Khoa học và Công nghệ Bắc Kinh (Trung Quốc) và Đại học Tohoku (Nhật Bản).
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
