Pin dòng chảy – công nghệ lưu trữ năng lượng mới hiệu quả

Để khai thác triệt để điện năng tạo ra từ các nguồn năng lượng tái tạo, các nhà khoa học đã không ngừng phát triển để tìm ra các công nghệ lưu trữ mới giúp lưu trữ năng lượng hiệu quả hơn. Và một trong những công nghệ có tiềm năng lớn đó là công nghệ pin dòng chảy. Vậy pin dòng chảy là gì? Công nghệ này có ưu nhược điểm gì? Tương lai của chúng trong ngành lưu trữ năng lượng sẽ như thế nào? Đọc bài viết sau để có lời giải đáp ngay bạn nhé!

Pin dòng chảy là gì?

Pin dòng chảy (tiếng anh là Flow battery) là loại pin có thể sạc lại, pin có hai bình chứa bên ngoài để chứa các chất điện phân, sau đó được bơm vào bộ phận chính để tạo ra dòng điện.

Để dễ dàng hình dung về pin dòng chảy, bạn cần biết cấu tạo của pin gồm các thành phần sau:

1. Bộ phận chính: Gồm một hộp có hai khoang chứa, ngăn cách nhau bằng màng ngăn.
2. Hai bình chứa bên ngoài:

• Một bình đóng vai trò là cực dương, chứa dung dịch chất điện phân có điện tích âm.
• Bình còn lại đóng vai trò là cực âm, chứa dung dịch chất điện phân có điện tích dương.

Như vậy, không giống các loại pin hóa học khác có tất cả các bộ phận được đặt trong một bộ pin chính, pin dòng chảy có cực dương và cực âm được đặt trong các thùng chứa bên ngoài bộ phận chính.

Trong pin dòng chảy, cực dương của pin sẽ được kết nối với một buồng của bộ phận chính và cực âm được kết nối với buồng còn lại.

Pin dòng chảy hoạt động như thế nào?

Dung dịch điện phân có trong 2 bình chứa bên ngoài sẽ chảy vào các buồng chứa tương ứng trong bộ phận chính. Tại đó xảy ra các phản ứng hóa học tương tự như các loại pin khác. Do đó, quá trình xả và sạc cũng giống như cách xả sạc của pin lithium-ion.

• Trong quá trình xả, các electron sẽ di chuyển từ cực dương sang cực âm.
• Trong quá trình sạc, các electron di chuyển ngược từ cực âm sang cực dương để lưu trữ điện.

Ưu, nhược điểm của pin dòng chảy

Ưu điểm

• Khả năng lưu trữ lớn: Pin dòng chảy có khả năng lưu trữ lớn và cung cấp nguồn năng lượng khổng lồ. Nếu bình chứa càng lớn thì pin càng tạo ra nhiều điện hơn.
• Khả năng mở rộng: Thay vì phải tăng kích thước của cả thiết bị chính, bạn có thể dễ dàng tăng dung lượng lưu trữ bằng cách tăng kích thước của bể chứa.
• Độ tự xả thấp: Pin không có khả năng tự xả bởi chất điện phân mang điện tích được giữ trong bình riêng. Do đó mà pin sẽ không bị hao hụt điện năng dù không được sử dụng trong một thời gian dài.
• Pin có độ xả sâu 100%, cho phép người dùng có thể sử dụng toàn bộ năng lượng lưu trữ trong pin mà không lo ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin.
• Tuổi thọ cao: Đối với các loại pin hóa học khác, các điện cực sẽ phải chịu những thay đổi về mặt hóa học và vật lý, làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin. Trong khi đó, với pin dòng chảy, chất điện phân hầu như không có sự suy giảm điện cực này. Điều này giúp chúng tồn tại trong thời gian lâu hơn trước khi phải thay thế. Tuổi thọ của pin dòng chảy có thể lên đến 30 năm.
• Nguy cơ cháy thấp: Pin lithium-ion có thể dễ cháy nhưng hầu hết pin dòng chảy thì không. Bởi thành phần chính trong dung dịch chất điện phân của pin dòng chảy là nước, muối và sắt nên chúng rất an toàn.

Nhược điểm

• Sử dụng nguyên liệu quý hiếm: Hầu hết các loại pin dòng chảy đều sử dụng vật liệu quý hiếm là kim loại vanadi để tạo ra bộ phận chính nên chi phí sản xuất pin cũng sẽ cao hơn so với các loại pin khác.
• Trọng lượng và kích thước lớn: Mặc dù pin có dung lượng lưu trữ lớn và dễ dàng mở rộng nhưng để tạo ra mức công suất lớn thì đòi hỏi bình điện phân phải thực sự lớn.
• Tính di động kém: Pin dòng chảy có kích thước lớn, do đó việc di chuyển chúng sau khi lắp đặt sẽ rất khó khăn. Do đó, người ta thường lắp cố định pin ở một nơi.

Pin dòng chảy và tương lai của việc lưu trữ năng lượng

Pin lithium-ion đã rất quen thuộc vì chúng được sử dụng trong hầu hết mọi lĩnh vực của cuộc sống, từ điện thoại di động, máy tính xách tay cho đến các ứng dụng xe điện hay giải pháp lưu trữ điện năng lượng tái tạo. So với các công nghệ lưu trữ năng lượng khác, pin lithium được đánh giá cao bởi khả năng lưu trữ năng lượng lớn trên một đơn vị thể tích nhỏ. Tuy nhiên, khi muốn mở rộng công suất lưu trữ bạn sẽ phải tăng kích thước của cả bộ pin hoặc sử dụng nhiều bộ pin hơn, gây gia tăng chi phí đáng kể.

Khắc phục được những hạn chế trong việc mở rộng công suất lưu trữ của pin lithium, công nghệ pin dòng chảy mới cho phép bạn dễ dàng nâng cao khả năng lưu trữ bằng cách mở rộng bể chứa, máy bơm và đường ống để bơm chất lỏng vào buồng tương ứng.

Tuy nhiên, bộ phận chính pin dòng chảy được thiết kế với màng ngăn và chất lỏng được làm từ vật liệu quý hiếm vanadi có chi phí cao và yêu cầu phải bảo trì thường xuyên. Do đó, các nhà khoa học đã nghiên cứu và phát triển một thiết kế pin mới không cần lớp màng, mà chỉ sử dụng một dòng phân tử được làm từ các nguyên liệu rẻ tiền như lithium, lưu huỳnh và không gây ăn mòn kim loại để làm giảm giá thành của pin. Tuy nhiên, thiết kế mới này vẫn đang được các nhà nghiên cứu phát triển để có thể ứng dụng trong các quy mô lớn hơn.

Do đó, trong quá trình hoàn thiện công nghệ mới này thì pin lithium-ion vẫn là giải pháp lưu trữ năng lượng tái tạo tốt nhất cho các ứng dụng quy mô nhỏ như các hệ thống điện gió, điện mặt trời gia đình hoặc thương mại.

Trên đây là các thông tin chi tiết về pin dòng chảy, hi vọng đã giúp bạn đọc có thêm những kiến thức bổ ích về công nghệ lưu trữ năng lượng mới này. Nếu bạn có nhu cầu lắp đặt hệ thống điện mặt trời và sử dụng pin lithium để lưu trữ, hãy liên hệ SUNEMIT để được đội ngũ của chúng tôi tư vấn và hỗ trợ tốt nhất nhé!

Phạm Hân

Phạm Hân là chuyên viên marketing tại Công ty điện mặt trời Sunemit. Với nhiều năm làm việc trong ngành marketing và 3 năm tìm hiểu về lĩnh vực điện năng lượng mặt trời, Hân hi vọng có thể mang đến cho độc giả những kiến thức bổ ích, giúp bất kỳ ai cũng có thể hiểu rõ về hệ thống để lựa chọn giải pháp điện mặt trời tối ưu.