Các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã phát triển một loại pin hydrogen hoạt động chỉ ở 90°C, giảm đáng kể so với mức 300-400°C mà các phương pháp trước đây yêu cầu. Mặc dù nghe có vẻ hứa hẹn trên lý thuyết, cộng đồng công nghệ đang đặt ra những câu hỏi quan trọng về việc liệu lưu trữ hydrogen có bao giờ thực sự khả thi cho việc sử dụng hàng ngày hay không.
Thông số kỹ thuật
- Nhiệt độ hoạt động: 90°C (so với 300-400°C của các phương pháp trước đây)
- Dung lượng lưu trữ: 2.000 mAh/g (tương đương 7,6% trọng lượng hydro)
- Chất điện phân rắn: Ba₀.₆₅Ca₀.₃₅Na₀.₁₅H₁.₈₅ với cấu trúc tinh thể kiểu anti-α-AgI
- Độ dẫn ion: 2,1 × 10⁻⁵ S cm⁻¹ ở nhiệt độ phòng
Mật Độ Lưu Trữ Vẫn Là Vấn Đề Lớn Nhất
Cộng đồng nhanh chóng tập trung vào vấn đề cơ bản của hydrogen: nó chiếm quá nhiều không gian. Ngay cả với công nghệ pin mới này, vật lý của việc lưu trữ hydrogen vẫn không thay đổi. Một người bình luận chỉ ra rằng để lưu trữ đủ hydrogen cung cấp năng lượng cho một chiếc xe chạy 380 dặm sẽ cần một bình chứa có kích thước 70 mét khối ở áp suất bình thường - gần bằng kích thước của cả một chiếc xe tải đầu kéo.
Điều này giải thích tại sao các xe hydrogen hiện tại cần những bình chứa áp suất cao đắt tiền hoạt động ở 350-700 bar. Phương pháp pin mới lưu trữ hydrogen trong magnesium hydride, có độ nén cao hơn so với lưu trữ khí, nhưng cộng đồng lưu ý rằng điều này vẫn yêu cầu gia nhiệt lên 90°C để giải phóng hydrogen khi cần thiết.
So sánh mật độ lưu trữ
- Khí hydro ở điều kiện tiêu chuẩn: 0,08988 g/L
- Dung tích lưu trữ cần thiết cho quãng đường 380 dặm: 6,3 kg hydro = thể tích bình chứa 70 m³
- Thể tích của rơ-moóc để tham khảo: ~100 m³
- Các xe hydro hiện tại sử dụng: bình chứa áp suất 350-700 bar
Câu Hỏi Về Hiệu Suất Làm Lu Mờ Sự Đổi Mới
Trong khi nhóm nghiên cứu đạt được kết quả kỹ thuật ấn tượng - đạt đến toàn bộ công suất lưu trữ lý thuyết là 2.000 mAh trên gram - cộng đồng đang đặt ra những câu hỏi khó khăn hơn về hiệu suất thực tế. Hệ thống cần duy trì nhiệt độ 90°C, có nghĩa là cần đầu vào năng lượng liên tục để gia nhiệt và cách nhiệt tốt để ngăn chặn tổn thất.
Điều này sẽ phụ thuộc rất nhiều vào khả năng cách nhiệt và thời gian lưu trữ. Có thể không hữu ích cho xe cá nhân của bạn đứng một tuần dưới ánh nắng mặt trời nhưng có thể phù hợp với giao thông công cộng.
Yêu cầu gia nhiệt khiến công nghệ này phù hợp hơn cho các ứng dụng công nghiệp hoặc lưu trữ quy mô lớn nơi chi phí năng lượng để duy trì nhiệt độ có thể được biện minh, thay vì các phương tiện cá nhân.
Các Phương Pháp Thay Thế Nhận Được Sự Ủng Hộ Của Cộng Đồng
Cuộc thảo luận cho thấy quan điểm mạnh mẽ của cộng đồng rằng hydrogen có thể đang giải quyết sai vấn đề. Một số người bình luận đề xuất rằng nếu bạn định tạo ra hydrogen từ điện, tại sao không tạo ra methane thay thế? Methane có hiệu suất sản xuất tương tự, có thể sử dụng cơ sở hạ tầng khí tự nhiên hiện có, và dễ lưu trữ và vận chuyển hơn nhiều.
Những người khác chỉ ra việc lưu trữ khí nén ngầm cho các ứng dụng quy mô lớn, sẽ đơn giản và rẻ hơn nhiều so với việc phát triển công nghệ pin mới. Cộng đồng dường như hào hứng hơn với các lựa chọn thay thế đã được chứng minh như pin sodium, đang bước vào sản xuất hàng loạt.
Bối cảnh Hiệu quả Năng lượng
- Sản xuất hydro bằng điện phân: hiệu suất ~80%
- Chuyển đổi pin nhiên liệu trở lại thành điện: hiệu suất ~60%
- Sản xuất metan từ điện: Hiệu suất tương tự như hydro
- So sánh mật độ năng lượng: 15L khí hydro ≈ năng lượng của 1 pin AA
Các Ứng Dụng Hạn Chế Vẫn Có Thể Có Ý Nghĩa
Bất chấp sự hoài nghi, cộng đồng thừa nhận một số ứng dụng tiềm năng cho việc cải thiện lưu trữ hydrogen. Các quy trình công nghiệp như sản xuất thép cần hydrogen như một thành phần hóa học, không chỉ là nhiên liệu. Lưu trữ lưới điện dài hạn cho năng lượng tái tạo cũng có thể được hưởng lợi, đặc biệt khi kết hợp với các nhà máy điện khí hiện có trong những giai đoạn mà năng lượng mặt trời và gió không sản xuất đủ điện.
Sự đồng thuận dường như là mặc dù pin hydrogen 90°C này ấn tượng về mặt kỹ thuật, nó đang giải quyết những vấn đề có thể không cần giải pháp hydrogen ngay từ đầu. Đối với hầu hết các ứng dụng, pin, lưu trữ khí nén, hoặc nhiên liệu tổng hợp có thể cung cấp con đường tốt hơn về phía trước.
Tham khảo: Overcoming the barriers of hydrogen storage with a low-temperature hydrogen battery