Mặc dù có nhiều cách hoạt động của con người đã gây ra biến đổi khí hậu, nguồn phát điện toàn cầu là một trong những thủ phạm hàng đầu. Bất chấp những cải thiện nhỏ trong việc cung cấp năng lượng gió và mặt trời, chúng ta vẫn chưa đạt đến mức có thể loại bỏ nhiên liệu hóa thạch đang cố thủ trong cơ cấu năng lượng của nhiều quốc gia.

Nhưng tại sao điều này vẫn xảy ra?

Vì các nguồn tái tạo cung cấp nguồn điện không liên tục nên chúng ta cũng cần cách lưu trữ năng lượng này để đáp ứng nhu cầu của lưới điện khi mặt trời không chiếu sáng hoặc gió không thổi. Đây là một thách thức lớn vì việc chuyển đổi sang năng lượng tái tạo cũng đòi hỏi phải thiết lập các hệ thống lưu trữ năng lượng lâu dài, an toàn và giá cả phải chăng. Vì vậy, việc tìm ra loại pin giá rẻ, an toàn và thay thế cho lithium là chìa khóa để chuyển hướng sang lĩnh vực năng lượng hoàn toàn có thể tái tạo.

Ngoài pin lithium-ion

Cũng như xe điện, pin lithium-ion đã trở thành một lựa chọn phổ biến cho lưới điện vì chúng cung cấp giải pháp mô-đun, mật độ năng lượng cao để lưu trữ năng lượng. Tuy nhiên, việc sử dụng pin lithium-ion cũng mang lại những thách thức riêng như chi phí vật liệu cao, nguy cơ cháy nổ và thiếu phương pháp tái chế, hạn chế việc sử dụng rộng rãi pin lithium-ion cho lưới điện.

Một lựa chọn vô cùng hứa hẹn để thay thế lithium trong việc lưu trữ năng lượng ở quy mô lưới điện là pin kẽm-ion có thể sạc lại. Mới nổi lên trong vòng 10 năm qua, pin kẽm-ion có nhiều ưu điểm hơn lithium. Chúng bao gồm chi phí vật liệu rẻ hơn, tăng độ an toàn và các lựa chọn tái chế dễ dàng hơn.

Với tiềm năng lưu trữ năng lượng ở quy mô lưới điện với chi phí rẻ hơn đáng kể - và mức độ an toàn cao hơn - việc thương mại hóa rộng rãi pin kẽm-ion có thể chính là điều cần thiết để tích hợp năng lượng tái tạo vào cơ sở hạ tầng năng lượng ở Canada và các quốc gia khác.

Chi phí của một cục pin

Để Canada đạt được các mục tiêu khử cacbon đặt ra ở Canada Đạo luật trách nhiệm giải trình phát thải ròng bằng không, bao gồm một mạng lưới được cung cấp 90% điện tái tạo, việc triển khai pin kẽm-ion sẽ rất quan trọng.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng để năng lượng tái tạo trở thành nguồn cung cấp 90 đến 95% tổng lượng điện, chi phí lưu trữ năng lượng phải dưới 150 USD/kWh. Các hệ thống lithium-ion hiện đại được vẫn ở mức 350 USD/kWh. Một phần, điều này là do chi phí sản xuất cao và sự phụ thuộc của họ vào nguyên liệu thô đắt tiền để đạt được mật độ năng lượng cao cần thiết cho xe điện hiện đại.

Mặt khác, pin kẽm-ion có thể giải quyết các vấn đề về chi phí và số lượng. Sử dụng các nguyên liệu dồi dào, rẻ tiền như kẽm và mangan không chỉ giúp sản xuất chúng rẻ hơn mà còn giảm rủi ro do gián đoạn chuỗi cung ứng hoặc thiếu hụt nguyên liệu ảnh hưởng đến các vật liệu lithium-ion như lithium và coban.

Sản phẩm sản lượng kẽm hàng năm trên toàn cầu là hơn 100 lần so với lithium. Không phải đề cập đến đó nhu cầu về lithium và coban được dự đoán sẽ vượt quá nguồn cung trong thập kỷ tới.

Kẽm là lựa chọn an toàn hơn

Với tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt được tạo ra cho pin sử dụng trong gia đình, nhà máy hoặc trong lưới điện, an toàn là chìa khóa để thu hút công chúng đón nhận chúng. Bằng cách này, pin kẽm-ion mang lại lợi thế hơn nữa.

Sản phẩm chất điện phân dựa trên dung môi dễ cháy và độc hại của pin lithium-ion được thay thế bằng chất thay thế gốc nước, loại bỏ nguy cơ cháy nổ.

Ngược lại, việc xử lý an toàn pin lithium-ion cũng có thể là một nhiệm vụ khó khăn vì chúng chứa các hợp chất độc hại. Việc tái chế những loại pin này hiện không khả thi về mặt kinh tế do chi phí cao dẫn đến một lượng lớn tế bào đã qua sử dụng sẽ được đưa vào các bãi chôn lấp.

May mắn thay, pin kẽm-ion đơn giản hóa việc xử lý cuối đời. Chất điện phân nước, không độc hại được sử dụng trong pin kẽm-ion có nghĩa là các phương pháp được thiết lập tốt như các phương pháp xử lý pin axit chì có thể được sử dụng. Ngoài ra, cực dương kẽm kim loại có thể dễ dàng tái sử dụng trong pin mới.

Tương lai của lưu trữ năng lượng

Để đạt được mục tiêu sử dụng 90% năng lượng tái tạo vào năm 2030, Canada phải tìm kiếm các giải pháp thay thế cho pin lithium-ion để có thể khử cacbon trong ngành điện của mình. Tận dụng lợi ích về chi phí, sự phong phú và an toàn của pin kẽm-ion, Canada có thể đẩy nhanh việc tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời trên toàn quốc.

Pin kẽm-ion hỗ trợ các mục tiêu khử cacbon của Canada và chứng tỏ cơ hội tận dụng thị trường pin đang mở rộng nhanh chóng. Mặc dù pin kẽm-ion là một công nghệ tương đối mới nhưng tiềm năng của chúng trong việc hỗ trợ lưu trữ năng lượng ở quy mô lưới điện ở Canada và trên toàn thế giới là không thể đánh giá thấp.

Với sự giúp đỡ của nghiên cứu và sản xuất của Canada, bao gồm cả những nỗ lực từ Đại học McMaster và Dartmouth, có trụ sở tại NS Công ty năng lượng nổi bật, việc tích hợp pin kẽm-ion có thể trở thành hiện thực trong vòng vài năm tới, đưa Canada trở thành quốc gia dẫn đầu ngành.

Giới thiệu về Tác giả

Bão William D Gourley, Nghiên cứu sinh Tiến sĩ, Kỹ thuật Hóa học, Đại học McMaster và Drew Higgins, Trợ lý Giáo sư, Khoa Kỹ thuật Hóa học, Đại học McMaster

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.