Các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Ấn Độ (IISc) đã đạt được bước đột phá quan trọng khi phát triển thành công một loại pin kẽm–khí cải tiến, đồng thời giải quyết được vấn đề năng lượng, hóa học xanh và bảo vệ môi trường.
Theo thông cáo báo chí, loại pin 2 trong 1 này vừa giúp lưu trữ năng lượng hiệu quả vừa sản xuất hydrogen peroxide (H₂O₂) - chất xử lý nước thải giúp phân hủy các chất độc hại theo cách an toàn, tốn ít chi phí. Quá trình này được thực hiện một cách thân thiện với môi trường và chi phí thấp, mang lại lợi ích cho cộng đồng, đồng thời góp phần giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên.
Khi nhu cầu về các giải pháp năng lượng xanh ngày càng tăng, thì nhu cầu lưu trữ năng lượng cũng trở nên cấp thiết. Hiện nay, pin lithium-ion (LIB) chủ yếu được sử dụng để đáp ứng nhu cầu này. Tuy nhiên, chi phí cao và khả năng lưu trữ năng lượng hạn chế khiến chúng không phù hợp cho các ứng dụng quy mô lớn.
Các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm và phát triển một giải pháp thay thế từ công nghệ pin kẽm–khí, vì các thành phần chính dễ dàng tiếp cận hơn nhiều. Trong công nghệ này, kim loại kẽm làm cực dương, còn không khí xung quanh làm cực âm. Khi pin xả năng lượng, oxy từ không khí bị khử ở cực âm, tạo thành nước (H₂O) hoặc hydrogen peroxide (H₂O₂).
Biến đổi pin để tạo ra hydrogen peroxide
Nhóm nghiên cứu do giáo sư Aninda Bhattacharyya tại Khoa Hóa học Cấu trúc và Trạng thái Rắn (SSCU) thuộc IISc đã cải tiến cấu trúc của pin kẽm–khí sao cho phản ứng tại cực dương chỉ tạo ra H₂O₂ thay vì nước.
Họ làm được điều này nhờ sử dụng chất xúc tác không chứa kim loại, chủ yếu dựa trên carbon. Loại xúc tác này rẻ hơn nhiều so với các chất xúc tác thông thường, nhưng cần được điều chỉnh thêm, như thêm nhóm chức oxy – để hướng phản ứng tạo ra H₂O₂. Thay vì sử dụng quy trình tổng hợp hydrogen peroxide đắt đỏ, tốn năng lượng và cần kim loại quý, giải pháp này với pin thường mang lại lợi thế rõ rệt về chi phí và tính thân thiện với môi trường.
Ứng dụng trong xử lý nước thải
Để kiểm tra xem H₂O₂ có được tạo ra hay không (vì chất này không màu), nhóm nghiên cứu đã dùng một loại thuốc nhuộm thường được sử dụng trong ngành dệt. Khi H₂O₂ hình thành, nó sẽ phá vỡ cấu trúc thuốc nhuộm và làm thay đổi màu sắc giúp các nhà khoa học có thể nhận biết bằng mắt thường.
“H₂O₂ tạo ra sẽ tiếp tục phân hủy thành các gốc tự do như hydroxide và superoxide – các hợp chất cực kỳ hoạt tính và cuối cùng sẽ phá vỡ thuốc nhuộm trong nước thải,” nghiên cứu sinh tiến sĩ Asutosh Behera, thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết. Điều này có thể được ứng dụng để xử lý các loại thuốc nhuộm độc hại trong nước thải công nghiệp.
Phương pháp mới này không chỉ hiệu quả trong việc phân hủy chất ô nhiễm mà còn mang lại hiệu suất sản xuất hydro peroxide (H₂O₂) cao hơn. Điểm đặc biệt là quá trình này chỉ sử dụng kẽm và không khí, hai nguyên liệu phổ biến và dễ kiếm. Nhờ vậy, đây là một giải pháp vừa tiết kiệm chi phí vừa thân thiện với môi trường.
Theo chia sẻ của ông Bhattacharyya, đây là một cách tiếp cận hoàn toàn đột phá, sử dụng pin để tạo ra H₂O₂ mà không đòi hỏi bất kỳ thiết bị phức tạp nào. Ông nhấn mạnh: "Bạn chỉ cần một viên pin và để nó hoạt động, mọi thứ bạn cần sẽ được tạo ra."
Ameya Paleja là biên tập viên của Interesting Engineering. Bài viết được đăng trên IE vào ngày 21/04/2025.
Interesting Engineering là trang tin tức công nghệ và khoa học, chuyên cập nhật những phát minh và tiến bộ kỹ thuật mới nhất trên thế giới. Ra mắt năm 2011, nền tảng này cung cấp nội dung hấp dẫn về AI, năng lượng tái tạo, hàng không vũ trụ và nhiều lĩnh vực đột phá khác.
Biên dịch: Thu Hoài
