Pin kẽm–iốt sạc trong 3 phút, hơn 60.000 chu kỳ: Đối thủ mới của lithium-ion trong lưu trữ năng lượng

Sapô: Một bước tiến mới từ các nhà khoa học Australia đang đưa pin kẽm–iốt dạng nước trở thành ứng viên đáng chú ý cho thị trường lưu trữ năng lượng. Công nghệ mới được báo cáo có thể sạc trong khoảng 3 phút và đạt hơn 60.000 chu kỳ sạc–xả trong thử nghiệm, đồng thời sử dụng hệ điện phân nền nước với mức độ an toàn cao hơn về nguy cơ cháy so với các hệ pin lithium-ion sử dụng điện phân dễ cháy. Tuy nhiên, công nghệ vẫn đang ở giai đoạn nguyên mẫu phòng thí nghiệm và chưa thể thay thế lithium-ion trên diện rộng.

Pin kẽm–iốt là gì?

Pin kẽm–iốt (Zinc–Iodine Battery) thuộc nhóm pin kim loại–halogen, trong đó kẽm đóng vai trò điện cực âm và iốt tham gia vào phản ứng điện hóa ở điện cực dương.

Đáng chú ý, một số thiết kế sử dụng chất điện phân dạng nước. Đây là yếu tố quan trọng tạo nên lợi thế về an toàn, bởi môi trường điện phân nước có khả năng giảm đáng kể nguy cơ cháy so với các hệ điện phân hữu cơ dễ bắt lửa thường được sử dụng trong nhiều loại pin lithium-ion.

Các nghiên cứu gần đây cho thấy pin kẽm–iốt có tiềm năng về chi phí, độ an toàn, tuổi thọ và khả năng sử dụng cho lưu trữ năng lượng quy mô lớn.

Bước tiến đáng chú ý: sạc trong khoảng 3 phút, hơn 60.000 chu kỳ

Điểm gây chú ý nhất trong nghiên cứu mới của nhóm các nhà khoa học tại Flinders University, Australia là khả năng đạt hơn 60.000 chu kỳ sạc–xả, trong khi thời gian sạc được báo cáo chỉ khoảng 3 phút.

Theo thông tin được công bố về nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã phát triển một thiết kế pin kẽm–iốt dạng nước nhằm kiểm soát tốt hơn hoạt động của iốt trong quá trình sạc và xả. Một cấu trúc phân tử dạng “lồng” được sử dụng để giữ ổn định các loài iốt trong pin, qua đó hạn chế những phản ứng phụ làm suy giảm hiệu suất.

Đây là một kết quả đáng chú ý bởi tốc độ sạc nhanh và tuổi thọ chu kỳ thường là hai yếu tố khó tối ưu đồng thời trong công nghệ pin.

Nếu được chứng minh ở quy mô lớn hơn, sự kết hợp giữa sạc nhanh – tuổi thọ rất cao – độ an toàn cao có thể mở ra hướng đi mới cho các hệ thống lưu trữ điện cố định.

Vì sao pin kẽm–iốt được đánh giá cao về độ an toàn?

Một trong những lợi thế quan trọng nhất của pin kẽm–iốt là khả năng sử dụng điện phân nước.

Trong các hệ thống phù hợp, nước không dễ bắt cháy như nhiều dung môi hữu cơ. Vì vậy, pin kẽm–iốt dạng nước có thể giảm một số rủi ro liên quan đến cháy và mất kiểm soát nhiệt.

Các nghiên cứu tổng quan về công nghệ này cũng xác định tính không cháy của môi trường nước là một trong những ưu điểm nổi bật của pin kẽm–iốt.

Tuy nhiên, điều này không có nghĩa pin kẽm–iốt hoàn toàn không có rủi ro. Hệ thống vẫn phải được thiết kế, quản lý nhiệt, điện và hóa học phù hợp để bảo đảm an toàn trong quá trình vận hành.

Kẽm có thể tạo lợi thế về chi phí và nguồn nguyên liệu

Một vấn đề lớn của ngành pin hiện nay là nhu cầu ngày càng tăng đối với các vật liệu phục vụ xe điện, thiết bị điện tử và hệ thống lưu trữ năng lượng.

Kẽm có nguồn tài nguyên tương đối dồi dào và đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Trong khi đó, iốt cũng có những đặc tính hóa học phù hợp cho các phản ứng chuyển đổi năng lượng trong hệ thống pin.

Các nghiên cứu năm 2025–2026 tiếp tục đánh giá pin kẽm–iốt là một ứng viên có chi phí tiềm năng thấp và độ an toàn cao, đặc biệt đối với lưu trữ năng lượng quy mô lớn.

Dù vậy, chi phí cuối cùng của một hệ pin thương mại không chỉ phụ thuộc vào giá nguyên liệu. Quy trình sản xuất điện cực, chất điện phân, bộ phân tách, hệ thống quản lý pin và quy mô sản xuất đều ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành.

Không chỉ có tốc độ sạc: tuổi thọ 60.000 chu kỳ mới là điểm đáng chú ý

Nếu con số hơn 60.000 chu kỳ được duy trì trong các thử nghiệm quy mô lớn và điều kiện vận hành thực tế, đây sẽ là một lợi thế đặc biệt đáng chú ý.

Để so sánh về mặt khái niệm, một hệ thống lưu trữ có tuổi thọ chu kỳ rất cao có thể phù hợp với những ứng dụng phải sạc và xả liên tục trong thời gian dài, chẳng hạn lưu trữ điện mặt trời, cân bằng lưới điện hoặc các hệ thống lưu trữ năng lượng công nghiệp.

Điều này cũng giải thích tại sao các nhà nghiên cứu không chỉ hướng công nghệ tới thiết bị điện tử cá nhân mà đặc biệt quan tâm đến lưu trữ năng lượng quy mô lớn. Flinders University cho biết nhóm nghiên cứu đang hợp tác với các đối tác công nghiệp để phát triển nền tảng nguyên mẫu.

Pin kẽm–iốt vẫn còn những bài toán lớn

Những con số ấn tượng không đồng nghĩa công nghệ đã sẵn sàng thay thế lithium-ion.

Các nghiên cứu về pin kẽm–iốt chỉ ra một loạt thách thức kỹ thuật, trong đó đáng chú ý là:

• Hiệu ứng shuttle của polyiodide, có thể gây tự phóng điện và làm giảm hiệu suất.
• Động học chuyển đổi iốt còn hạn chế, ảnh hưởng đến khả năng hoạt động ở công suất cao.
• Sự hình thành dendrite trên điện cực kẽm, có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ và độ an toàn.
• Ăn mòn và các phản ứng phụ tại điện cực kẽm.
• Mật độ năng lượng thực tế vẫn là vấn đề cần tiếp tục cải thiện.
• Khả năng mở rộng từ cell phòng thí nghiệm lên module và hệ thống thương mại vẫn cần được kiểm chứng.

Đây là lý do các chuyên gia vẫn xem zinc–iodine là một công nghệ tiềm năng, thay vì một giải pháp đã sẵn sàng thay thế hoàn toàn lithium-ion.

Đâu sẽ là thị trường phù hợp nhất?

Với những đặc điểm hiện tại, pin kẽm–iốt có thể phù hợp hơn với lưu trữ năng lượng cố định thay vì điện thoại thông minh hay xe điện.

Các ứng dụng tiềm năng gồm:

Lưu trữ điện mặt trời

Điện mặt trời phụ thuộc vào thời tiết và thời điểm trong ngày. Một hệ thống pin có tuổi thọ chu kỳ cao và độ an toàn tốt có thể giúp lưu trữ điện dư thừa vào ban ngày để sử dụng vào buổi tối.

Lưu trữ điện gió

Tương tự điện mặt trời, sản lượng điện gió không cố định. Công nghệ lưu trữ có tuổi thọ cao có thể hỗ trợ cân bằng nguồn điện tái tạo.

BESS công nghiệp

Hệ thống Battery Energy Storage System (BESS) đang trở thành một thị trường quan trọng khi nhu cầu tích hợp năng lượng tái tạo và ổn định lưới điện tăng lên.

Đây cũng là phân khúc mà pin kẽm–iốt có thể phát huy lợi thế về an toàn, tuổi thọ và khả năng vận hành nhiều chu kỳ.

Liệu pin kẽm–iốt có thay thế lithium-ion?

Câu trả lời ở thời điểm hiện tại là chưa.

Lithium-ion đã có hệ sinh thái sản xuất toàn cầu rất lớn, từ vật liệu, cell, module, BMS cho đến hệ thống lưu trữ hoàn chỉnh. Công nghệ này cũng có mật độ năng lượng cao và đã được thương mại hóa ở quy mô rất lớn.

Trong khi đó, pin kẽm–iốt vẫn đang trong quá trình giải quyết những vấn đề về mật độ năng lượng, độ ổn định của phản ứng iốt, dendrite kẽm và khả năng mở rộng sản xuất.

Tuy nhiên, điều đáng chú ý là cuộc cạnh tranh trên thị trường pin đang chuyển từ câu chuyện “một công nghệ thay thế tất cả” sang mô hình nhiều công nghệ cùng tồn tại.

Lithium-ion và LFP có thể tiếp tục chiếm ưu thế trong những ứng dụng cần mật độ năng lượng cao. Sodium-ion có lợi thế về nguyên liệu và chi phí trong một số phân khúc. Trong khi đó, zinc–iodine có thể tìm được vị trí riêng trong lưu trữ năng lượng cố định, nơi độ an toàn và tuổi thọ chu kỳ được đặt lên hàng đầu.

Cuộc đua pin thế hệ mới đang nóng lên

Sự xuất hiện của những kết quả mới từ pin kẽm–iốt cho thấy cuộc đua công nghệ pin đang ngày càng đa dạng.

Không còn chỉ có lithium-ion, LFP hay pin thể rắn, thị trường tương lai có thể chứng kiến sự phát triển song song của sodium-ion, zinc-ion, zinc–iodine, flow battery và nhiều hệ hóa học khác.

Điểm quan trọng nhất không phải công nghệ nào “đánh bại” lithium-ion trước tiên, mà là công nghệ nào có thể đạt được sự cân bằng tốt nhất giữa giá thành – độ an toàn – tuổi thọ – mật độ năng lượng – tốc độ sạc – khả năng sản xuất hàng loạt.

Với khả năng được báo cáo là sạc trong khoảng 3 phút và vượt 60.000 chu kỳ, pin kẽm–iốt chắc chắn là một trong những công nghệ đáng theo dõi trong cuộc đua lưu trữ năng lượng năm 2026. Tuy nhiên, những kết quả hiện tại chủ yếu vẫn đến từ quy mô nghiên cứu và nguyên mẫu nhỏ; chặng đường từ phòng thí nghiệm đến thương mại hóa quy mô lớn vẫn còn dài.

—————————————————————————–