Các nhà nghiên cứu tại Hong Kong đã phát triển một loại pin nước sử dụng điện giải gần trung tính, với độ bền được công bố lên tới khoảng 120.000 chu kỳ sạc-xả. Với các hệ thống lưu trữ điện cho lưới điện, công nghệ này được cho là có thể đạt tuổi thọ sử dụng ở mức hàng trăm năm.

Theo Gigazine ngày 8/5, pin nước dùng dung dịch nước làm chất điện giải và được đánh giá an toàn hơn pin lithium-ion nhờ rủi ro cháy nổ thấp hơn. Tuy nhiên, các dòng pin nước truyền thống chủ yếu sử dụng điện giải axit hoặc kiềm, nên trong quá trình sạc-xả dễ phát sinh phản ứng tạo khí oxy và hydro. Điều này làm nước bị tiêu hao nhanh, từ đó rút ngắn tuổi thọ pin. Ngoài ra, khi thải bỏ, các dung dịch axit hoặc kiềm mạnh cũng có thể làm gia tăng gánh nặng môi trường.

Để khắc phục hạn chế trên, nhóm nghiên cứu tại City University of Hong Kong đã thiết kế một tổ hợp vật liệu mới nhằm giảm tốc độ suy giảm và hạ tác động môi trường. Cụ thể, nhóm tổng hợp vật liệu polymer hữu cơ liên kết cộng hóa trị cho cực âm, kết hợp với điện giải muối magiê và muối canxi có tính gần trung tính để tạo ra pin nước.

Theo nhóm nghiên cứu, điểm mấu chốt nằm ở việc kết hợp cực âm polymer hữu cơ với điện giải gần trung tính. Trước đây, polymer hữu cơ ít được ứng dụng trong pin nước do dễ phân hủy trong môi trường axit mạnh hoặc kiềm mạnh. Việc chuyển sang điện giải gần trung tính đã giúp tránh được vấn đề này. Nhóm cũng cho biết loại điện giải sử dụng có mức độ thân thiện môi trường cao, thậm chí có thể dùng như “nigari” trong sản xuất đậu phụ.

Một trong những điểm đáng chú ý nhất là độ bền của loại pin mới. Nhóm nghiên cứu cho biết vật liệu polymer hữu cơ do họ phát triển có thể chịu được 120.000 chu kỳ sạc-xả, cao hơn 10 lần so với pin lithium-ion thông thường.

Theo dữ liệu được trích dẫn, các hệ thống lưu trữ điện cho lưới điện trong năm 2024 vận hành trung bình 1,1 chu kỳ mỗi ngày. Nếu duy trì tần suất này, loại pin nước mới có thể được sử dụng trong khoảng 300 năm trước khi cần thay thế.

Nhóm nghiên cứu đánh giá kết quả này là một bước tiến trong việc phát triển vật liệu cực âm tương thích với điện giải gần trung tính. Theo nhóm, công nghệ mới có thể mở ra giải pháp lưu trữ năng lượng an toàn hơn, hiệu suất cao, tuổi thọ dài và giảm áp lực môi trường.

Dù vậy, công nghệ này vẫn có hạn chế rõ rệt. Do điện áp tối đa bị giới hạn, pin không thể lưu trữ nhiều năng lượng như pin lithium-ion hoặc pin natri-ion. Vì vậy, hướng ứng dụng phù hợp trước mắt có thể là những lĩnh vực ưu tiên độ an toàn và tuổi thọ, thay vì thiết bị di động hoặc các ứng dụng đòi hỏi mật độ năng lượng cao.

Trong bối cảnh đó, nghiên cứu này được xem là gợi mở một hướng đi mới nhằm đồng thời cải thiện bài toán tuổi thọ và giảm gánh nặng xử lý sau sử dụng của pin nước. Tuy nhiên, khả năng mở rộng ứng dụng trong thực tế vẫn sẽ phụ thuộc vào việc khắc phục hạn chế về dung lượng lưu trữ năng lượng.