Công nghệ chuyển đổi và lưu trữ năng lượng

Theo PGS.TS Trần Văn Mẫn (Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TPHCM), điện được sản xuất tại nhà máy, truyền tải tới người sử dụng, chuyển hóa thành các dạng khác và đang được phát triển các hệ thống lưu trữ quy mô lớn.

Việc sử dụng, chuyển hóa, lưu trữ các loại năng lượng này là vấn đề khá cấp thiết. Pin sạc Li-ion được nghiên cứu ứng dụng nhằm giúp giải quyết 3 bài toán lớn là nguồn cho các thiết bị di động, nguồn cho các phương tiện giao thông điện và lưu trữ năng lượng tái tạo.

Tại Việt Nam, một trong những vấn đề lớn hiện nay là hệ thống trạm sạc pin cho xe ô tô điện và bài toán về các hệ thống lưu trữ năng lượng cho trạm. Công nghệ lưu trữ đang được Viettel nghiên cứu ứng dụng là ắc quy khô và pin Li-ion LFP.

Theo PGS Mẫn, trong công nghệ pin sạc Li-ion, vật liệu điện cực dương xoay quanh 4 loại và điện cực âm có 3 loại vật liệu chủ yếu (graphite, silic, SiO2). Các dạng thiết kế phổ biến của pin Li-ion hiện có pin dạng cúc áo (sản phẩm dự trữ năng lượng chuyên dụng cho các thiết bị điện tử nhỏ gọn như điều khiển thiết bị từ xa, đồng hồ, tay cầm máy tính, tai phone); pin túi (pouch-cell) thông dụng trong các thiết bị di động; pin dạng hình trụ; pin dạng lăng trụ.

Nhóm nghiên cứu Phòng Thí nghiệm Hóa Lý ứng dụng (Trường ĐH Khoa học Tự nhiên) đã nghiên cứu công nghệ pin sạc Li-ion sử dụng vật liệu silica/carbon có triển vọng thay thế một phần vật liệu graphite thương mại. Vật liệu được phát triển trên cơ sở vỏ trấu Việt Nam, khi ứng dụng thành công sẽ giúp “Việt hóa” các thành phần của vật liệu sản xuất pin Li-ion.

PGS Mẫn cho rằng, nếu muốn tham gia vào lĩnh vực pin sạc Li-ion, có thể cân nhắc 4 cấp độ công nghệ gồm: Đặt hàng thành phẩm pin, lắp ráp và bán ra với thương hiệu của mình; mua bán thành phẩm (điện cực dương, điện cực âm, điện giải…), lắp ráp pin/khối pin; đầu tư vật liệu, điện cực - bán thành phẩm - lắp ráp pin/khối pin; xây dựng nhà máy - tổng hợp hóa chất, vật liệu - lắp ráp khối pin hoàn chỉnh.

Liên quan đến công nghệ pin sạc Li-ion còn phải quan tâm đến các phụ kiện cho khối pin như board mạch BMS, phần mềm, thiết bị đo kiểm pin, vai trò của công nghệ và nhân lực…

Hướng tới pin nhiên liệu hydro cho ô tô

Ngày 18/8/2023, Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ TPHCM (CESTI) tổ chức Hội thảo “Công nghệ pin sạc Li-ion và công nghệ khí hydro xanh ứng dụng lưu trữ và chuyển hóa năng lượng”. Tại đây, PGS.TS Trần Văn Mẫn trình bày về công nghệ khí hydro xanh, dùng phương pháp điện phân nước sinh hydro, sản xuất khí hydro sử dụng để thay thế nhiên liệu hóa thạch.

Hydro là chất khí nhẹ nhất, tan rất ít trong nước, không màu, không mùi, không vị. Khi hydro cháy, sản phẩm sinh ra duy nhất là nước - không phát thải carbon. Tùy vào phương pháp sản xuất, hydro có thể được phân loại thành 3 nhóm như grey hydrogen (hydro xám), blue hydrogen (hydro lam) và green hydrogen (hydro xanh). Hydro xanh được coi là năng lượng sạch để hỗ trợ cho năng lượng gió và Mặt trời cung cấp tại những nơi xa nhà máy năng lượng tái tạo.

Sản xuất hydro tại Việt Nam hiện nay chủ yếu gắn với các nhà máy sản xuất phân đạm. Các công nghệ sản xuất hydro phổ biến gồm: Reforming khí metan, khí hóa than, điện phân, quang - điện - hóa tách nước…

Về công nghệ chuyển hóa, đã có các nghiên cứu ứng dụng pin nhiên liệu hydro trên xe hơi với nguyên lý chung là sử dụng lõi pin hydro công suất từ nhỏ đến rất lớn, tùy vào ứng dụng cho xe tải, tàu hỏa hay tàu thuyền…

Nhóm của PGS.TS Trần Văn Mẫn đã tiến hành các nghiên cứu ứng dụng pin nhiên liệu hydro trên xe hơi, tập trung vào việc lựa chọn xúc tác và màng cho pin, công nghệ chế tạo pin nhiên liệu. Thách thức lớn nhất hiện nay của pin nhiên liệu hydro là hệ thống sản xuất, tồn chứa và vận chuyển hydro.

Vì vậy, để ứng dụng hydro, cần có chiến lược phát triển các trạm nạp loại nhiên liệu này. Trong quá trình sản xuất, con đường tốt nhất là dùng phương pháp điện phân nước sử dụng năng lượng Mặt trời/năng lượng gió, bởi đây là dạng green hydrogen (hydro xanh).