Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DoE) đã dành 125 triệu đô la để tài trợ cho hai nhóm Trung tâm Đổi mới Năng lượng để dẫn đầu làn sóng phát triển công nghệ pin tiếp theo. Sáng kiến này, nhằm mục đích cải thiện những hạn chế hiện tại của pin lithium-ion, do Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne và Đại học Stanford dẫn đầu. Động thái này phản ánh nỗ lực chung nhằm đẩy nhanh quá trình khử cacbon trong giao thông vận tải và tăng cường tích hợp năng lượng sạch vào lưới điện.
Thông báo tài trợ, được nêu chi tiết trong bản phát hành của DoE, nhấn mạnh nhu cầu cấp thiết về các giải pháp lưu trữ năng lượng tiên tiến để giải quyết nhu cầu ngày càng tăng đối với các công nghệ pin an toàn hơn, hiệu quả hơn và tiết kiệm chi phí hơn. Các ứng dụng mới nổi, đặc biệt là trong giao thông vận tải và lưu trữ lưới điện, đòi hỏi khả năng lưu trữ năng lượng cao hơn, các biện pháp an toàn được cải thiện và đa dạng hóa các nguyên liệu thô được sử dụng trong sản xuất pin để giảm thiểu rủi ro chuỗi cung ứng.
Liên minh nghiên cứu lưu trữ năng lượng (ESRA)
Liên minh nghiên cứu lưu trữ năng lượng (ESRA), do Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne dẫn đầu, tập hợp khoảng 50 nhà nghiên cứu tại ba phòng thí nghiệm quốc gia và 12 trường đại học. Sứ mệnh của họ là khám phá khoa học pin một cách cơ bản để giải quyết các thách thức hiện tại, bao gồm an toàn, mật độ năng lượng cao và phát triển pin có thời lượng dài từ các vật liệu dễ kiếm và giá rẻ.
Tham vọng chính của ESRA là thúc đẩy khoa học lưu trữ năng lượng, thúc đẩy đổi mới công nghệ nhằm củng cố khả năng cạnh tranh kinh tế của Hoa Kỳ.
Shirley Meng, Giám đốc ESRA, nhấn mạnh nhu cầu cấp thiết về các thiết bị lưu trữ năng lượng hiệu suất cao, chi phí thấp và bền vững trong nỗ lực hướng tới quá trình khử cacbon sâu trong vận tải hạng nặng và lưới điện. Meng, cũng là Nhà khoa học trưởng tại Trung tâm hợp tác Argonne về khoa học lưu trữ năng lượng và là giáo sư tại Trường Kỹ thuật phân tử Pritzker của Đại học Chicago, nhấn mạnh rằng việc vượt qua khả năng của công nghệ lithium-ion hiện tại đòi hỏi phải có nghiên cứu đột phá dựa trên khoa học cơ bản. Bà cho biết: "Nhu cầu về các thiết bị lưu trữ năng lượng hiệu suất cao, chi phí thấp và bền vững đang gia tăng, đặc biệt là những thiết bị có tiềm năng khử cacbon sâu trong vận tải hạng nặng và lưới điện".
Bryan McCloskey, Phó giám đốc phụ trách các hoạt động khoa học của ESRA và là kỹ sư giảng viên tại Phòng thí nghiệm Berkeley, cho biết thêm rằng ESRA hướng đến mục tiêu thúc đẩy một hệ sinh thái thuận lợi cho sự đổi mới nhanh chóng, rút ngắn khoảng cách giữa khám phá cơ bản và triển khai công nghệ. Một thành phần thiết yếu trong chiến lược của ESRA bao gồm việc đào tạo lực lượng lao động tương lai đa dạng, được trang bị cho nhu cầu sản xuất sắp tới thông qua quan hệ đối tác với ngành công nghiệp, học viện và chính phủ. Ông cho biết: “ESRA tạo ra một hệ sinh thái nghiên cứu lưu trữ năng lượng với sứ mệnh đổi mới nhanh chóng, rút ngắn thời gian giữa khám phá cơ bản và phát triển công nghệ, đồng thời đào tạo lực lượng lao động thế hệ tiếp theo”.
Liên minh, bao gồm các tổ chức như Đại học Columbia, MIT và Đại học Michigan cùng nhiều tổ chức khác, sẽ tham gia tích cực vào mọi khía cạnh của nghiên cứu khoa học, quản trị và phát triển chiến lược.
Hiệp hội pin nước (ABC)
Song song đó, Đại học Stanford dẫn đầu Hiệp hội Pin nước (ABC), tập trung vào việc phát triển một loại pin nước mới hứa hẹn vừa an toàn cho môi trường vừa tiết kiệm chi phí. Công nghệ pin mới này, dự kiến sẽ có mật độ năng lượng cao hơn so với pin axit chì hiện nay và có thể chỉ tốn một phần mười chi phí so với pin lithium-ion hiện đại, nhằm mục đích khắc phục những thách thức lâu nay như điện áp thấp, mật độ năng lượng thấp và sự ăn mòn.
Linda Nazar, Nhà khoa học trưởng của dự án và là giáo sư tại Đại học Waterloo, đã lưu ý đến những rào cản dai dẳng trong quá trình phát triển pin nước, bao gồm ăn mòn vật liệu và hỏng pin trong điều kiện thực tế. Bà nhận xét: "Những rào cản đối với loại pin nước mới như vậy đã làm các nhà phát minh bối rối trong nhiều năm".
Yi Cui, Giám đốc dự án và là giáo sư tại Stanford, đã nhấn mạnh tính cấp thiết của việc tạo ra các giải pháp lưu trữ năng lượng giá cả phải chăng, quy mô lưới điện, có khả năng hoạt động đáng tin cậy trong thời gian dài, đặc biệt là trong thời đại mà các nguồn năng lượng tái tạo không liên tục như năng lượng mặt trời và năng lượng gió chiếm ưu thế.
Aqueous Battery Consortium, do Viện Năng lượng Precourt của Stanford quản lý, quy tụ 31 nhà khoa học, kỹ sư và nhà vật lý hàng đầu về pin từ các tổ chức trên khắp Bắc Mỹ, bao gồm SLAC, một số cơ sở của Đại học California, Đại học Bang North Carolina và Phòng nghiên cứu Hải quân và Lục quân Hoa Kỳ. Nỗ lực hợp tác của họ sẽ bao gồm thiết kế và tổng hợp vật liệu, lý thuyết và mô phỏng, và đặc tính thiết bị nguyên mẫu.
Các nhóm nghiên cứu sẽ khám phá nhiều khía cạnh khác nhau của công nghệ pin, bao gồm chất điện phân, vật liệu điện cực và kiến trúc thiết bị tổng thể, với tầm nhìn chế tạo ra loại pin không chỉ hoạt động hiệu quả mà còn sạc và xả nhanh chóng trong khi vẫn tiết kiệm chi phí.
Khoản phân bổ 125 triệu đô la của Bộ Năng lượng, chia đều cho hai trung tâm trong thời gian tối đa năm năm, tạo ra khuôn khổ vững chắc cho nghiên cứu mang tính chuyển đổi trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng.
