Mỹ chế tạo pin lưu trữ năng lượng dưới dạng nhiệt ở nhiệt độ 2.400°C trong các khối carbon

Trong hệ thống pin nhiệt của Fourth Power, các thanh năng lượng quang nhiệt (TPV) có thể được di chuyển ra vào vùng ánh sáng; giúp hệ thống phản ứng nhanh chóng và linh hoạt trước các nhu cầu biến động của lưới điện. Ảnh: Courtesy of Fourth Power.

Một công ty khởi nguồn từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đang phát triển một loại pin nhiệt có khả năng lưu trữ hiệu quả lượng điện dư thừa từ lưới điện và các nhà sản xuất năng lượng - nhằm giải quyết một trong những bài toán khó nhất của năng lượng sạch hiện nay.

Loại pin này lưu trữ điện dưới dạng nhiệt trong các khối carbon khổng lồ, được nung tới khoảng 4.350°F (2.400°C) - tương đương gần một nửa nhiệt độ bề mặt Mặt Trời.

Công nghệ do Fourth Power phát triển, dưới sự dẫn dắt của ông Asegun Henry - tiến sĩ, giáo sư truyền nhiệt tại MIT. Hệ thống có thể cung cấp điện liên tục từ 10 đến hơn 100 giờ, với chi phí thấp hơn đáng kể so với pin lithium-ion.

Điều này mở ra khả năng thay thế pin lithium-ion trong lưu trữ năng lượng dài hạn. “Thay vì xây hệ thống bằng kim loại rắn, chúng tôi chuyển sang dùng kim loại lỏng để truyền nhiệt,” ông Henry giải thích, cho biết hệ thống sử dụng thiếc nóng chảy để vận chuyển nhiệt.

Lưu điện bằng nhiệt - cách tiếp cận khác biệt

Ý tưởng này từng giúp ông Henry lập kỷ lục Guinness năm 2017 với máy bơm chất lỏng nóng nhất thế giới. Ở nhiệt độ cực cao, khi nhiệt tăng gấp đôi thì cường độ ánh sáng phát ra tăng tới 16 lần (lũy thừa bậc bốn) - cũng chính là nguồn gốc tên gọi “Fourth Power”.

Khi đạt mức tích trữ tối đa, các khối carbon phát sáng trắng rực, tỏa ra ánh sáng cường độ cao. Nguồn sáng này được thu lại bằng các tế bào quang điện nhiệt (TPV) - hoạt động giống pin mặt trời nhưng chuyển bức xạ nhiệt thành điện.

Nhóm nghiên cứu cũng lập thêm một cột mốc khi đạt hiệu suất chuyển đổi trên 40% - mức rất cao trong lĩnh vực này. Theo ông Henry, điểm mấu chốt nằm ở nhiệt độ vận hành cực cao.

“Để giải thích vì sao hệ thống của chúng tôi vượt trội hơn, yếu tố cốt lõi là mật độ công suất,” ông Henry cho biết. “Chúng tôi nhận ra rằng nếu tăng nhiệt độ, tốc độ truyền nhiệt sẽ cao hơn và có thể thu nhỏ hệ thống.”

Ông cũng nhấn mạnh rằng nhiệt độ cao giúp giảm chi phí: “Chúng tôi vận hành pin nhiệt trong khoảng 1.900 đến 2.400 độ C, nhờ đó tiết kiệm đáng kể chi phí hệ thống.”

Định nghĩa lại cách lưu trữ năng lượng

Phương pháp này tận dụng độ bền của vật liệu carbon. Khác với kim loại - vốn đắt đỏ và dễ suy giảm ở nhiệt độ cao - than chì có thể chịu được nhiệt độ cực lớn mà không bị ăn mòn. Ngoài ra, thiếc nóng chảy cũng ổn định và không phản ứng với carbon.

Nhờ đó, hệ thống có thể hoạt động lặp lại nhiều lần mà hầu như không bị hao mòn đáng kể. Pin chỉ mất khoảng 1% nhiệt lưu trữ mỗi ngày - một đặc điểm khiến nó đặc biệt phù hợp với các ứng dụng lưu trữ dài hạn.

Được thiết kế cho các công ty điện lực, năng lượng tái tạo và trung tâm dữ liệu, công nghệ này cung cấp nguồn điện dự phòng đáng tin cậy trong bối cảnh điện gió và điện mặt trời ngày càng phát triển.

Ông Henry cho biết thiết kế mô-đun cho phép mở rộng dung lượng linh hoạt: “Khách hàng có thể mua một mô-đun lưu trữ và một mô-đun phát điện để có pin 10 giờ. Nếu dùng một mô-đun phát điện và hai mô-đun lưu trữ, sẽ thành pin 20 giờ.”

Cuối năm nay, công ty dự kiến ra mắt hệ thống thử nghiệm 1 megawatt-giờ (MWh). Một hệ thống quy mô đầy đủ có thể cung cấp công suất 25 MW và lưu trữ 250 MWh, chiếm diện tích khoảng nửa sân bóng đá.

Pin này cũng có thể được sử dụng như một nhà máy điện hoặc cung cấp nhiệt độ cao cho công nghiệp. “Thế giới đang chờ một giải pháp rẻ hơn nhiều so với lithium-ion nhưng vẫn đáng tin cậy, thậm chí tốt hơn,” ông Henry kết luận trong thông cáo báo chí. “Đó chính là điều chúng tôi đang nỗ lực chứng minh.”

Theo IE

Thu Quyên