Một nhóm nhà khoa học tại Đại học Khoa học và Công nghệ Nhà vua Abdullah tại Saudi Arabia (KAUST) vừa phát hiện nguyên nhân then chốt khiến pin nước - loại pin sử dụng dung môi là nước - nhanh chóng suy giảm hiệu suất và tuổi thọ: các phân tử "nước tự do" gây ra các phản ứng phụ làm hỏng cực dương. 

Và chỉ với một lượng nhỏ muối sunfat giá rẻ như kẽm sunfat, nhóm nghiên cứu đã khắc phục hiệu quả vấn đề này, giúp pin bền gấp hơn 10 lần.

Theo nhóm nghiên cứu, "nước tự do" là các phân tử nước không liên kết chặt với các ion khác trong pin. Trạng thái này khiến nước dễ phản ứng với các thành phần điện cực, gây tiêu hao năng lượng và ăn mòn vật liệu. 

Khi bổ sung muối sunfat, các ion sunfat hoạt động như "keo dán phân tử nước", khiến nước bị giữ chặt hơn trong cấu trúc liên kết, từ đó giảm mạnh các phản ứng phụ gây hại.

Giáo sư Husam Alshareef, trưởng nhóm nghiên cứu và giám đốc Trung tâm Năng lượng tái tạo và Công nghệ lưu trữ CREST tại KAUST, cho biết: "Phát hiện này cho thấy cấu trúc nước đóng vai trò then chốt trong hóa học pin, nhưng trước đây lại bị xem nhẹ".

Dù phần lớn thí nghiệm sử dụng kẽm sunfat, kết quả sơ bộ cho thấy hiệu ứng "keo nước" của ion sunfat cũng áp dụng được với nhiều loại cực dương kim loại khác. Điều này mở ra khả năng phát triển một giải pháp phổ quát, đơn giản và hiệu quả để cải thiện tuổi thọ cho toàn bộ dòng pin nước.

Nhà nghiên cứu Yunpei Zhu, người trực tiếp thực hiện phần lớn thí nghiệm, chia sẻ: "Muối sunfat vừa rẻ, dễ kiếm lại ổn định về mặt hóa học, giúp giải pháp của chúng tôi khả thi cả về mặt khoa học lẫn kinh tế" .

Pin nước hiện được đánh giá là lựa chọn an toàn và bền vững hơn pin lithium cho các hệ lưu trữ năng lượng tái tạo quy mô lớn, như lưu trữ điện mặt trời cho lưới điện. Dự báo thị trường pin nước toàn cầu có thể vượt 10 tỉ USD vào năm 2030.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science Advances, với sự tham gia của các giáo sư Omar Mohammed, Omar Bakr, Xixiang Zhang và Mani Sarathy từ KAUST.

Tiềm năng của loại pin siêu mỏng sạc được bằng nước mắt

Nhà khoa học làm việc tại Singapore chia sẻ rằng một cảnh trong bộ phim “Nhiệm vụ bất khả thi” đã truyền cảm hứng cho phát minh mới nhất của ông: Pin cho kính áp tròng thông minh.