Các tế bào nhiên liệu cải thiện tính bền vững của pin lithium

2025-03-26

Nhiệt độ khí quyển đang ấm lên đã đe dọa đa dạng sinh học, khiến mực nước biển dâng cao, và thay đổi thời tiết đến mức đáng kể đến nỗi những thay đổi khí hậu nghiêm trọng hiện có thể được phát hiện vào bất kỳ ngày nào. Các nhà khoa học và kỹ sư môi trường đang làm việc để cải thiện hiệu quả năng lượng, độ tin cậy và an toàn, và năng lượng tái tạo đã trở thành nền tảng của sự phát triển bền vững.

Nghiên cứu hiện tại về pin lithium-ion và tế bào nhiên liệu hydro đã thu hút ngày càng nhiều sự quan tâm từ các nhà khoa học và công chúng. Đến năm 2025, thị trường pin lithium-ion toàn cầu dự kiến sẽ tăng trưởng lên 100 tỷ USD; cùng lúc, thị trường toàn cầu cho tế bào nhiên liệu hydro cũng dự kiến sẽ vượt qua 10 tỷ USD.

Nghiên cứu về các giải pháp khử carbon đầy hứa hẹn tập trung vào việc giải quyết những thách thức liên quan đến việc sử dụng pin lithium-ion và tế bào nhiên liệu hydro để khử carbon cho ngành công nghiệp ô tô.

Với sự phổ biến ngày càng tăng của xe điện, việc sản xuất pin lithium-ion đang bùng nổ. Đồng thời, tế bào nhiên liệu hydro thường được sử dụng làm nguồn năng lượng cho lưu trữ năng lượng trong giao thông, tòa nhà và hệ thống lưới điện.

Vận hành một chiếc xe điện bền vững hơn so với động cơ đốt trong, nhưng pin lithium-ion chứa các vật liệu cực âm như lithium, cobalt, graphite và nickel trải qua quá trình khai thác và sản xuất phát ra khí nhà kính. Chúng được thiết kế để giữ nhiều năng lượng hơn trong các thiết bị nhỏ hơn, vì vậy chúng cũng tăng nguy cơ cháy nếu bị nén hoặc vỡ.

Các tế bào nhiên liệu là một nguồn năng lượng thay thế an toàn và không phát thải. Các thiết bị phát thải ròng bằng không tạo ra điện thông qua các phản ứng hóa học, với hydro là chất phản ứng chính.

Các tế bào nhiên liệu: Cải thiện hiệu suất năng lượng của pin lithium

Hai công nghệ tiên tiến này không loại trừ lẫn nhau, vì các tế bào nhiên liệu có khả năng nâng cao công suất của pin lithium-ion. Trong trường hợp của xe điện, tế bào nhiên liệu hydro có thể cải thiện phạm vi chạy và giải quyết vấn đề tiếp nhiên liệu, đồng thời giảm phát thải khí nhà kính liên quan đến pin lithium-ion.

Ngoài việc sử dụng hydro để tạo ra và lưu trữ điện, các tế bào nhiên liệu có thể cải thiện động cơ pin lithium-ion theo những cách sau:

1. 1. Tạo ra điện ròng bằng không để khởi động xe và phụ kiện xe 2. Lưu trữ năng lượng cho phanh tái tạo và thêm động cơ kéo điện cho các bánh xe 3. Sạc pin dự phòng. Pin lithium-ion sẽ luôn là một thành phần chính trong xe điện, bất kể nguồn năng lượng và động cơ được tích hợp như thế nào, nhưng chúng không hoàn hảo. Các xe điện chỉ chạy bằng tế bào nhiên liệu hydro cũng đối mặt với một số thách thức.

Pin lithium-ion và tế bào nhiên liệu hydro về bản chất không thể hoạt động quãng đường dài dưới tải nặng, làm cho việc tăng tốc và phanh trở nên ngày càng khó khăn. Xe điện tế bào nhiên liệu hydro cũng gặp vấn đề về sản lượng công suất không ổn định trong quá trình tăng tốc. Tuy nhiên, vì tế bào nhiên liệu hydro có thể tự tạo ra và lưu trữ điện, nên có rất nhiều không gian để tận dụng tối đa tiềm năng của chúng nhằm bổ sung năng lượng cho pin lithium.

Trong thời kỳ biến đổi khí hậu nghiêm trọng, tính bền vững chưa bao giờ quan trọng hơn thế – việc chuyển đổi sang giao thông carbon trung tính là một lĩnh vực lý tưởng để bắt đầu giảm phát thải khí nhà kính. Việc phát triển tế bào nhiên liệu hydro có thể tạo điều kiện cho sự phát triển của pin lithium-ion, từ đó định hình lại tương lai xanh của năng lượng ô tô.