Một công ty khởi nghiệp 4 năm tuổi cho biết họ đã chế tạo một loại pin rẻ tiền có thể xả điện trong nhiều ngày bằng cách sử dụng một trong những nguyên tố phổ biến nhất trên Trái đất: sắt.
Pin của Form Energy Inc. quá nặng đối với ô tô điện. Nhưng họ nói rằng nó sẽ có khả năng giải quyết một trong những vấn đề khó khăn nhất mà năng lượng tái tạo phải đối mặt: lưu trữ một lượng lớn điện với giá rẻ cho lưới điện khi mặt trời không chiếu sáng và gió không thổi.
Công việc của công ty Somerville, Mass., từ lâu đã được che đậy trong các thỏa thuận bí mật và không tiết lộ. Gần đây, công ty đã chia sẻ tiến trình của mình với The Wall Street Journal, nói rằng họ muốn các cơ quan quản lý và các công ty nhận thức được rằng nếu tất cả tiếp tục theo đúng kế hoạch, pin sắt - không khí của họ sẽ có khả năng lưu trữ năng lượng lâu dài với giá cả phải chăng vào năm 2025.
Những người đứng sau bao gồm Breakthrough Energy Ventures, một quỹ đầu tư khí hậu có các nhà đầu tư bao gồm người đồng sáng lập Microsoft Corp. Bill Gates và người sáng lập Amazon.com Inc. Jeff Bezos. Gần đây, Form đã khởi động vòng tài trợ 200 triệu đô la, dẫn đầu bởi khoản đầu tư chiến lược từ tập đoàn sản xuất thép khổng lồ ArcelorMittal SA, một trong những nhà sản xuất quặng sắt hàng đầu thế giới.
Form đang chuẩn bị để sớm đưa vào sản xuất "loại pin bạn cần để loại bỏ hoàn toàn các nhà nhiệt điện như các nhà máy điện than và khí đốt tự nhiên", giám đốc điều hành của công ty, Mateo Jaramillo, người đã phát triển pin Powerwall của Tesla Inc. và làm việc trên một số hệ thống truyền động ô tô đầu tiên của hãng cho biết.
Trong chuyến tham quan gần đây đến phòng thí nghiệm không cửa sổ của Form, ông Jaramillo đã chỉ ra những thùng chứa đầy viên sắt giá rẻ là lợi thế chính của nó trong lĩnh vực pin đang phát triển nhanh chóng. Pin nguyên mẫu, có biệt danh là Big Jim, chứa đầy 18.000 mảnh sắt màu xám có kích thước như viên sỏi, một loại khoáng chất dồi dào, không độc hại và không cháy.
Các viên sắt trong pin rất dồi dào, rẻ tiền và có thể giữ điện trong nhiều ngày hoặc nhiều tuần.
Cathode của pin có được từ NantEnergy của Form Energy.
Theo các nhà phân tích, đối với một tế bào pin lithium-ion, quy mô của xe điện và pin ở quy mô lưới ngày nay, các khoáng chất niken, coban, lithium và mangan được sử dụng hiện có giá từ 50 - 80 USD cho mỗi kWh lưu trữ.
Với việc sử dụng sắt, Form tin rằng nó sẽ tốn ít hơn 6 USD cho mỗi kWh lưu trữ cho chi phí vật liệu mỗi tế bào pin. Việc đóng gói các tế bào lại với nhau thành một hệ thống pin đầy đủ sẽ làm tăng giá thành tối đa 20 USD / kWh, mức mà các chuyên gia cho rằng năng lượng tái tạo cộng với hệ lưu trữ có thể thay thế hoàn toàn các nhà máy điện đốt bằng nhiên liệu hóa thạch truyền thống.
Pin có khả năng xả điện với giá rẻ trong nhiều ngày như một chén thánh trong ngành năng lượng, do vấn đề mà nó giải quyết và thị trường tiềm năng mà nó tạo ra.
Các cơ quan quản lý và các công ty điện lực đang chịu áp lực ngày càng tăng trong việc cung cấp điện giá cả phải chăng, đáng tin cậy và không có carbon, khi các quốc gia trên toàn thế giới tìm cách giảm phát thải khí nhà kính liên quan đến biến đổi khí hậu. Hầu hết việc sản xuất điện hiện mới chỉ đáp ứng được 2/3. Pin thời lượng dài có thể cho phép năng lượng tái tạo - gió và mặt trời - đáp ứng cả 3 tiêu chí.
Chính quyền Biden đang thúc đẩy mạng lưới điện không có carbon ở Hoa Kỳ vào năm 2035, một số tiểu bang và công ty điện lực cũng có cam kết tương tự. Đã có sự đồng thuận rộng rãi rằng sự kết hợp của năng lượng gió, năng lượng mặt trời, địa nhiệt và năng lượng hạt nhân với pin lithium-ion thời lượng ngắn có thể tạo ra 80% điện năng. 20% cuối cùng sẽ yêu cầu một số loại pin có thể lưu trữ nhiều ngày.
Jeremiah Baumann, Phó chánh văn phòng Bộ Năng lượng, cho biết: “80% đầu tiên chúng ta đã biết về lộ trình công nghệ và nó đã cạnh tranh về chi phí“. “Chúng tôi có cảm nhận tốt về công nghệ cho mảnh ghép cuối cùng. Câu hỏi thực sự là công nghệ nào sẽ giảm giá thành và thâm nhập vào thị trường”.
Pin của Form sẽ phải cạnh tranh với nhiều phương pháp tiếp cận khác trong lĩnh vực đang ngày càng trở nên chật chội, khi một loạt các công ty khởi nghiệp chạy đua để phát triển các kỹ thuật lưu trữ năng lượng tiên tiến hơn, hiệu quả về chi phí.
Một số công ty đang hướng đến thị trường với các cấu hình pin khác nhau, chẳng hạn như thiết kế trạng thái rắn. Một số người nghĩ rằng nước hoặc khí nén có thể được sử dụng rộng rãi hơn để tích trữ năng lượng. Liên minh châu Âu đang thúc đẩy việc sử dụng hydro để lưu trữ và tạo ra điện năng.
Trong khi đó, những người khác đang tập trung vào công nghệ thu giữ carbon để làm cho các nhà máy nhiệt điện khí và than không phát thải, điều này sẽ làm giảm nhu cầu tích trữ năng lượng.
Giám đốc điều hành Mateo Jaramillo gần các nguyên mẫu thu nhỏ ban đầu pin không khí bằng sắt của Form Energy cùng William Woodford, giám đốc công nghệ.
Pin không khí bằng sắt của Form Energy hít vào oxy và chuyển sắt thành gỉ, sau đó biến gỉ trở lại thành sắt và thở ra oxy, quá trình này nạp và xả pin.
“Có một sự bùng nổ của các công nghệ lưu trữ mới và theo Darwin, chỉ một số ít sẽ trụ lại. Nhưng giải thưởng là rất lớn cho cả các nhà đầu tư và xã hội, ”Ramez Naam, một nhà đầu tư năng lượng sạch không tham gia vào Form Energy cho biết.
Những nỗ lực nhằm phát triển loại pin tốt hơn đã bắt nguồn từ lâu. Nhưng kể từ khi Form được tạo ra vào năm 2017, nó đã thu hút sự đầu cơ nổi tiếng trong ngành do hồ sơ lý lịch của những người sáng lập. Họ bao gồm ông Jaramillo và Yet-Ming Chiang, giáo sư tại Học viện Công nghệ Massachusetts, người đồng sáng lập A123 Systems Inc., công ty tiên phong về pin lithium.
Ông Jaramillo có bằng kinh tế và bằng thạc sĩ tại Trường Yale trước khi chuyển sang lĩnh vực phát triển pin mới. Sau hơn bảy năm làm việc tại Tesla, ông rời đi vào năm 2016 để theo đuổi điều mà ông gọi là “Điều tiếp theo” trên trang LinkedIn của mình. Ông không cung cấp bất kỳ thông tin chi tiết nào nhưng ông muốn chế tạo một loại pin rẻ tiền cho lưới điện. Ông đã gần như ký được một hợp đồng tài trợ cho một công ty mới khi ông Chiang gọi cho ông ấy.
Ông Chiang đến MIT khi còn là một sinh viên đại học và gia nhập khoa chưa đầy một thập kỷ sau đó. Ông bắt đầu nghiên cứu về pin thời lượng dài vào năm 2012 trong dự án hợp tác cùng Bộ Năng lượng. Vào năm 2017, ông cũng đang nghiên cứu về pin thời lượng dài nên đã quyết định cùng ông Jaramillo thành lập Form Energy.
Họ đã tuyển dụng những cựu binh khác trong ngành sản xuất pin. Ông Chiang nói: “Đội ngũ sáng lập có 100 năm kinh nghiệm về pin“. “Chúng tôi là những người của một thế hệ các công ty pin thất bại đã trở lại để tìm kiếm nhiều hơn.”
Đầu năm 2018, họ bắt đầu thử nghiệm quy mô nhỏ, Ph.D. Phiên bản pin khoai tây của nhà khoa học vật liệu dành cho hội chợ khoa học cấp trung học cơ sở, sử dụng các mảnh kim loại nhỏ được bọc trong ống cứng kẹp ở đáy cốc đo mờ. Mẫu thử nghiệm các cấu hình khác nhau: lưu huỳnh-sắt, lưu huỳnh-không khí, lưu huỳnh-mangan và sắt-không khí. Vào cuối năm, không khí sắt có vẻ hứa hẹn nhất.
Form Energy đã thử nghiệm với các cấu hình khác nhau trong Ph.D. Pin khoai tây của hội chợ khoa học trường học.
Một chi tiết của pin có biệt danh là Slim Jim, được Form Energy chế tạo vào cuối mùa hè năm ngoái.
Vào năm 2020, khi công việc đang phát triển nhanh chóng, Form đã tạm nghỉ. Nó cần một thành phần pin quan trọng được gọi là cathode không thấm nước nhưng thở oxy, giống như một chiếc áo khoác Gore-Tex. Một công ty pin ở Arizona, NantEnergy Inc., đã dành một thập kỷ để xây dựng một lớp màng như vậy cho pin không khí kẽm. Chủ sở hữu Patrick Soon-Shiong, một tỷ phú doanh nghiệp công nghệ sinh học sở hữu tờ Los Angeles Times, đã cho công ty ngừng hoạt động vào năm ngoái để tập trung vào các khoản đầu tư khác.
Form đã mua lại các bằng sáng chế cũng như hàng nghìn cathode nằm trong các thùng các-tông ở một góc của tòa nhà công ty. Ông Jaramillo nói: “Việc có được mảnh ghép này đã cho phép chúng tôi tăng tốc“.
Cuối mùa hè năm ngoái, Form đã chế tạo một cục pin cao một mét (khoảng 3,3 feet), nó được gọi là Slim Jim vì nó có kích thước của một chiếc thùng rác cùng tên. Đầu năm nay, công ty đã chế tạo Big Jim, một tế bào pin quy mô đầy đủ 1 mét x 1 mét. Nếu nó hoạt động như mong đợi, 20 tế bào trong số này sẽ được nhóm lại trong một pin. Hàng nghìn viên pin này sẽ được kết lại với nhau, lấp đầy toàn bộ nhà kho và lưu trữ lượng điện có giá trị trong hàng tuần. Có thể mất nhiều ngày để sạc đầy các hệ thống pin này, nhưng pin có thể xả điện trong 150 giờ liên tục.
Vào năm 2023, Form có kế hoạch triển khai pin 1MW có khả năng phóng điện liên tục trong hơn sáu ngày và cho biết họ đang đàm phán với một số công ty về việc triển khai pin.
Ông Chiang, trưởng phòng khoa học của công ty, cho biết thách thức là tìm ra cách sản xuất pin bằng sắt, không khí và chất điện phân dựa trên nước.
Ông nói: “Các đầu bếp sẽ nói với bạn rằng làm một món ăn xuất sắc với những nguyên liệu phổ biến thì khó hơn“.
Form Energy đang hướng tới mục tiêu pin không khí sắt của họ có khả năng lưu trữ năng lượng lâu dài với giá cả phải chăng vào năm 2025.
Link nguồn bài viết: Startup Claims Breakthrough in Long-Duration Batteries - WSJ
Tin cùng chuyên mục
.png&w=200&h=200&q=80 "Hùng Việt - Nhìn lại năm 2021")
