Khi thế kỷ 21 tiến triển, nhân loại phải đối mặt với những thách thức năng lượng chưa từng có. Việc tiêu thụ quá mức nhiên liệu hóa thạch đã dẫn đến ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và làm tăng tốc các rủi ro biến đổi khí hậu. Sự đồng thuận toàn cầu hiện ưu tiên tìm kiếm các giải pháp năng lượng sạch, hiệu quả và bền vững. Công nghệ lưu trữ năng lượng đóng vai trò là liên kết quan trọng giữa sản xuất và tiêu thụ năng lượng, đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng các hệ thống năng lượng mới.
Pin Toàn Sắt (AIB), có các hợp chất gốc sắt cho cả vật liệu cực dương và cực âm, mang lại một số lợi thế vốn có, định vị chúng là những lựa chọn thay thế đầy hứa hẹn trong lưu trữ năng lượng.
Sắt là một trong những kim loại phong phú nhất trên Trái đất, khiến nó có giá cả phải chăng hơn đáng kể so với các kim loại hiếm như lithium, coban và niken. Bằng cách sử dụng các hợp chất gốc sắt, AIB giảm đáng kể chi phí vật liệu, có khả năng dân chủ hóa việc tiếp cận lưu trữ năng lượng sạch.
Với các hợp chất gốc sắt ổn định về mặt hóa học, AIB thể hiện khả năng chống chịu đáng kể với sự cố nhiệt và các mối nguy hiểm an toàn khác. Sự ổn định này cho phép hiệu suất đáng tin cậy ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng lưu trữ năng lượng quy mô gia đình và lưới điện.
Bản chất không độc hại và khả năng tái chế của sắt phù hợp với các mục tiêu bền vững toàn cầu. So với pin lithium-ion truyền thống, AIB mang lại tác động môi trường giảm trong suốt vòng đời của chúng—từ sản xuất đến thải bỏ.
Sự phân bố rộng rãi trên toàn cầu của các nguồn tài nguyên sắt loại bỏ những lo ngại về tình trạng khan hiếm vật liệu và sự phụ thuộc địa chính trị vốn gây khó khăn cho các công nghệ pin dựa trên kim loại hiếm.
Sự phát triển của công nghệ AIB đã trải qua một số thế hệ cải tiến và đổi mới.
Các phiên bản AIB 1.0 và 2.0 ban đầu sử dụng các điện cực dạng hồ quang với các chất phụ gia carbon dẫn điện nồng độ cao. Mặc dù thể hiện độ ổn định hợp lý với 1.000 chu kỳ ở mức sử dụng dung lượng nông (5%), nhưng các phiên bản đầu này bị hạn chế về mật độ năng lượng (0,002 mW/cm²) do động học truyền electron chậm giữa các loài sắt.
AIB 3.0 giới thiệu các chất trung gian vận chuyển oxy hóa khử—methyl viologen (MV) cho cực dương và ABTS cho cực âm—để tăng tốc quá trình truyền electron. Các chất phụ gia có sẵn trên thị trường này hoạt động ở các thế oxy hóa khử tương thích với các loài sắt, cải thiện đáng kể mật độ năng lượng đồng thời duy trì hiệu quả về chi phí.
Các chất trung gian vận chuyển oxy hóa khử đại diện cho bước đột phá công nghệ của AIB 3.0, cho phép các phản ứng điện cực nhanh hơn thông qua quá trình truyền electron hiệu quả:
Các chất trung gian vận chuyển oxy hóa khử hiệu quả phải thể hiện:
AIB 3.0 thực hiện các chiến lược để giảm thiểu phản ứng tiến hóa hydro (HER), làm giảm hiệu suất Coulomb và gây ra các rủi ro về an toàn:
Những đổi mới kết hợp mang lại những cải tiến đáng kể:
Công nghệ AIB cho thấy nhiều hứa hẹn trong nhiều lĩnh vực:
Đổi mới liên tục có thể tập trung vào:
AIB 3.0 đại diện cho một bước tiến quan trọng trong công nghệ lưu trữ năng lượng thông qua cơ chế vận chuyển oxy hóa khử sáng tạo và các chiến lược giảm thiểu HER. Khi sự phát triển tiếp tục, pin toàn sắt có thể nổi lên như một giải pháp chủ đạo để xây dựng các hệ thống năng lượng bền vững, mang lại những lợi thế hấp dẫn về an toàn, chi phí và tác động đến môi trường.
