Các chu trình phân hủy và tái hợp phân tử trong pin dòng nước hữu cơ. Trong quá trình sạc và xả thông thường, cái gọi là "phân tử thây ma" dao động giữa DHAQ2- (trái) và DHAQ4- (ở giữa). Khi phân tử bị phá vỡ, nó được chuyển thành DHA2- (phải). Thiết lập lại xung điện áp sẽ phá vỡ phân tử (phải) trở lại trạng thái ban đầu (trái).
Một phương pháp mới để đảo ngược sự phân hủy của các phân tử quan trọng có thể làm cho pin dòng nước hữu cơ trở nên khả thi về mặt thương mại.
Trong khi việc sử dụng năng lượng tái tạo ngày càng tăng, các nhà nghiên cứu vẫn tiếp tục tìm ra cách tốt nhất để lưu trữ năng lượng này để có thể sử dụng khi không có sẵn các nguồn năng lượng như năng lượng mặt trời hoặc gió.
Pin dòng nước hữu cơ đã nổi lên như một giải pháp đầy hứa hẹn, tuy nhiên sự không ổn định của một số vật liệu trong công nghệ này đã cản trở khả năng thương mại của chúng.
Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Harvard, phối hợp với các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge, đã tìm ra một phương pháp mới để giải quyết một số vấn đề liên quan đến việc kéo dài tuổi thọ của pin dòng nước hữu cơ, theo Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard ( Michael Aziz, giáo sư về vật liệu và công nghệ năng lượng tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng John A. Paulson cho biết: “Đây là một bước tiến lớn hướng tới việc làm cho các loại pin này có tính cạnh tranh.
Aziz và Roy Gordon, giáo sư hóa học và vật liệu tại Đại học Harvard, đã nghiên cứu phát triển pin dòng nước hữu cơ sử dụng các phân tử giống như antraquinone trong hơn một thập kỷ. Các phân tử này lưu trữ và giải phóng năng lượng và bao gồm các nguyên tố phong phú tự nhiên như carbon, hydro và oxy.
Mặc dù pin làm từ các phân tử hữu cơ này vẫn hoạt động bình thường, nhưng các phân tử antraquinone tự phân hủy dần theo thời gian, một quá trình không phụ thuộc vào số lần sử dụng pin. Sự cố này làm hạn chế tuổi thọ của pin làm từ các phân tử này và việc kéo dài tuổi thọ của chúng trở thành ưu tiên hàng đầu của nhóm. 
Dựa trên thành công trước đó
Các nhà nghiên cứu đã đạt được một số thành công trong công việc trước đây kéo dài tuổi thọ của một phân tử được tìm thấy trong thiết bị, được gọi là DHAQ nhưng được biết đến trong phòng thí nghiệm với tên gọi "quinone xác sống".
Họ phát hiện ra rằng bằng cách để phân tử này tiếp xúc với không khí vào đúng thời điểm của chu kỳ phóng điện, oxy được chiết xuất và quá trình phân hủy đảo ngược, đưa phân tử antraquinone trở lại trạng thái ban đầu. Theo các nhà nghiên cứu, có vẻ như quá trình trở về từ cõi chết là nguồn cảm hứng cho biệt danh phân tử.
Mặc dù công việc này mang lại hy vọng cho mục tiêu cuối cùng của nhóm Harvard, nhưng họ nhận ra rằng việc để chất điện phân của pin tiếp xúc với không khí sẽ không thực tế, điều đó có nghĩa là không thể sạc đầy cả hai đầu của pin cùng một lúc, gây ra sự bất tiện. hiện tượng thăng bằng.
Để tìm ra một cách tiếp cận thực tế hơn, Aziz và Gordon đã hợp tác với các nhà khoa học tại Đại học Cambridge để hiểu rõ hơn về cách thức phân hủy của các phân tử. Sản phẩm của công việc hiện tại ra đời từ sự hợp tác này, một phương pháp điện để đảo ngược quá trình phân hủy.
liệu pháp sốc
Họ cho biết chìa khóa để các nhà nghiên cứu khám phá ra công trình hiện tại là việc sử dụng "liệu pháp sốc" trong chu kỳ xả pin.
Họ phát hiện ra rằng nếu họ thực hiện cái mà họ gọi là "xả sâu" hoặc xả các điện cực dương và âm của pin đến điểm chênh lệch điện áp bằng 0, sau đó đảo ngược cực của pin để cực dương trở thành âm và cực âm trở thành dương. , chúng có thể tạo ra các xung Điện áp đặt lại các phân tử đã bị phân hủy trở lại trạng thái ban đầu.
"Thông thường, khi chạy các loại pin khác, bạn muốn tránh làm cạn kiệt hoàn toàn pin, vì nó làm giảm chất lượng các thành phần của pin", Yan Jing, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Harvard, người đã làm việc trong dự án, cho biết trong một thông cáo báo chí. Sự phóng điện cực độ này thực sự đảo ngược cực tính, có thể tổ chức lại các phân tử này, đó là một bất ngờ thú vị đối với chúng tôi."
Ông giải thích rằng quá trình này hoạt động tương tự như máy điều hòa nhịp tim, tạo ra một cú sốc có lợi cho hệ thống theo các khoảng thời gian đều đặn, trong trường hợp này là hồi sinh các phân tử bị phá vỡ.
Các nhà nghiên cứu đã công bố bài báo trên tạp chí Nature Chemistry. Trong bài báo, họ đã xác minh rằng quy trình này có thể tạo ra pin dòng nước hữu cơ với tuổi thọ ròng dài hơn 17 lần so với các nghiên cứu trước đây.
con đường phía trước
Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cho biết các nghiên cứu tiếp theo tinh chỉnh hơn nữa quy trình đã cho thấy tuổi thọ thậm chí còn tăng lên gấp 260 lần, với tỷ lệ tổn thất dưới 10% mỗi năm. Theo Aziz, dữ liệu thứ hai đặc biệt hứa hẹn cho việc thương mại hóa thiết bị.
“Mức thất thoát một con số mỗi năm thực sự tốt cho việc thương mại hóa rộng rãi, bởi vì việc lấp đầy các bể chứa với tốc độ vài phần trăm mỗi năm không phải là gánh nặng tài chính lớn,” Aziz nói.
Văn phòng Phát triển Công nghệ Harvard đã cấp bằng sáng chế cho các công nghệ chính cho dự án và cấp bằng sáng chế này cũng như các bằng sáng chế liên quan khác cho Quino Energy, một công ty khởi nghiệp dành riêng cho việc phát triển thương mại pin dòng chảy hữu cơ dựa trên nước, Aziz, Gordon Làm việc với nhóm của họ cũng là trong công ty.