VNStartup Alsym Energy, đồng sáng lập bởi Giáo sư Kripa Varanasi, hy vọng pin của họ có thể kết nối năng lượng tái tạo với ngành công nghiệp và xa hơn nữa.
Pin lithium-ion là trụ cột của điện tử gia dụng và đang thúc đẩy cuộc cách mạng điện trong vận tải. Tuy nhiên, chúng không phù hợp cho mọi ứng dụng. Một nhược điểm chính là tính dễ cháy và độc hại, điều này khiến lưu trữ năng lượng lithium-ion quy mô lớn không phù hợp trong các trung tâm đô thị đông đúc và gần các nhà máy chế biến kim loại hoặc sản xuất hóa chất. Giờ đây, Alsym Energy đã phát triển một loại pin thay thế không cháy, không độc hại cho pin lithium-ion để giúp năng lượng tái tạo như gió và mặt trời kết nối trong một phạm vi rộng hơn. Chất điện phân của nó sử dụng các vật liệu tương đối ổn định, phong phú và chất điện phân chủ yếu là nước với một số phụ gia không độc hại.
‘Năng lượng tái tạo là không liên tục, vì vậy bạn cần lưu trữ, và để thực sự giải quyết vấn đề giảm carbon, chúng ta cần có thể sản xuất những loại pin này ở bất kỳ đâu với chi phí thấp,’ giáo sư Kripa Varanasi, đồng sáng lập Alsym và MIT, cho biết.
Công ty tin rằng pin của họ, hiện đang được thử nghiệm bởi các khách hàng tiềm năng trên khắp thế giới, có tiềm năng lớn để khử cacbon trong ngành công nghiệp phát thải cao, và họ thấy các ứng dụng khác từ khai thác mỏ đến cung cấp năng lượng cho các trung tâm dữ liệu, nhà ở, và tiện ích.
‘Chúng tôi đang cho phép khử cacbon các thị trường mà trước đây không thể,’ Mukesh Chatter, đồng sáng lập và CEO của Alsym, cho biết. ‘Không có nhà máy hóa chất hoặc thép nào dám đặt pin lithium gần cơ sở của họ vì tính dễ cháy, và phát thải công nghiệp là vấn đề lớn hơn nhiều so với ô tô chở khách. Với cách tiếp cận này, chúng tôi có thể cung cấp một hướng đi mới.
Giúp đỡ 1 tỷ người
Chatter đã bắt đầu một công ty viễn thông với các doanh nhân nối tiếp và các thành viên lâu năm của cộng đồng MIT, Ray Stata ’57, SM ’58 và Alec Dingee ’52 vào năm 1997. Kể từ khi công ty được mua lại vào năm 1999, Chatter và vợ của ông đã bắt đầu các dự án khác và đầu tư vào một số startup, nhưng sau khi mất mẹ vì ung thư vào năm 2012, Chatter quyết định muốn tối đa hóa tác động của mình bằng cách chỉ làm việc trên các công nghệ có thể tiếp cận được với 1 tỷ người trở lên. Vấn đề mà Chatter quyết định tập trung là tiếp cận điện năng.
‘Mục tiêu là để chiếu sáng các ngôi nhà của ít nhất 1 tỷ người trên khắp thế giới, những người hoặc không có điện, hoặc chỉ có được một phần thời gian, khiến họ bị kết án sống trong cảnh nghèo khó ở thế kỷ 19,’ Chatter nói. ‘Khi bạn không có điện, bạn cũng không có internet, điện thoại di động, giáo dục, v.v.’
Để giải quyết vấn đề này, Chatter quyết định tài trợ nghiên cứu về một loại pin mới. Pin phải rẻ đủ để được chấp nhận trong các điều kiện tài nguyên thấp, an toàn để triển khai ở những khu vực đông đúc và hoạt động tốt để hỗ trợ hai bóng đèn, một quạt, một tủ lạnh và một modem internet.
Ban đầu, Chatter ngạc nhiên vì có rất ít người tham gia bắt đầu nghiên cứu, thậm chí từ các nhà nghiên cứu tại các trường đại học hàng đầu thế giới.
‘Đó là một vấn đề cấp bách, nhưng rủi ro thất bại quá cao nên không ai muốn thử,’ Chatter nhớ lại.
Cuối cùng, ông đã tìm thấy đối tác của mình ở Varanasi, Giáo sư Nikhil Koratkar tại Viện Bách khoa Rensselaer và nhà nghiên cứu Rahul Mukherjee tại Rensselaer. Varanasi, người đã làm việc tại MIT 22 năm, cho biết văn hóa của Viện đã truyền cảm hứng cho ông để giải quyết những vấn đề lớn.
‘Sinh viên, nghiên cứu sinh và đồng nghiệp của tôi là nguồn cảm hứng cho tôi,’ ông nói. ‘Hệ sinh thái của MIT truyền cho chúng tôi quyết tâm để giải quyết những vấn đề dường như không thể.’
Varanasi lãnh đạo một phòng thí nghiệm liên ngành tại MIT dành riêng cho việc hiểu các hiện tượng vật lý, hóa học và sinh học. Nghiên cứu của ông đã thúc đẩy việc tạo ra các vật liệu, thiết bị, sản phẩm và quy trình để giải quyết các thách thức trong năng lượng, nông nghiệp và các lĩnh vực khác, cũng như các công ty khởi nghiệp để thương mại hóa công việc này.
‘Làm việc tại các giao diện của vật chất đã mở ra nhiều con đường nghiên cứu mới trên các lĩnh vực khác nhau, và MIT đã cung cấp cho tôi sự tự do sáng tạo để khám phá, khám phá và học hỏi, và áp dụng kiến thức đó để giải quyết các thách thức quan trọng,’ ông nói. ‘Tôi đã có thể rút ra rất nhiều từ những bài học của mình khi chúng tôi bắt đầu phát triển công nghệ pin mới.’
Đội ngũ sáng lập của Alsym bắt đầu bằng cách cố gắng thiết kế một loại pin từ đầu dựa trên các vật liệu mới có thể phù hợp với các tham số do Chatter định nghĩa. Để làm cho nó không cháy và không độc hại, các nhà sáng lập muốn tránh lithium và cobalt.
Sau khi đánh giá nhiều hóa chất khác nhau, các nhà sáng lập đã quyết định chọn phương pháp hiện tại của Alsym, được hoàn thiện vào năm 2020.
Mặc dù thành phần đầy đủ của pin Alsym vẫn còn bí mật khi công ty chờ được cấp bằng sáng chế, một trong những điện cực của Alsym chủ yếu được làm từ mangan oxit, trong khi điện cực kia chủ yếu được làm từ oxit kim loại. Chất điện phân chủ yếu là nước.
Có nhiều lợi thế cho hóa học pin mới của Alsym. Bởi vì pin này an toàn hơn và bền vững hơn pin lithium-ion, công ty không cần các biện pháp bảo vệ an toàn hoặc thiết bị làm mát tương tự, và có thể sắp xếp các pin của mình gần nhau mà không sợ cháy hoặc nổ. Varanasi cũng nói rằng pin có thể được sản xuất trong bất kỳ nhà máy sản xuất pin lithium-ion nào hiện nay với ít thay đổi và với chi phí vận hành thấp hơn đáng kể.
‘Chúng tôi rất phấn khích ngay bây giờ,’ Chatter nói. ‘Chúng tôi bắt đầu muốn chiếu sáng ngôi nhà của 1 tỷ người, và bây giờ ngoài mục tiêu ban đầu, chúng tôi có cơ hội ảnh hưởng đến toàn cầu nếu chúng tôi thành công trong việc giảm phát thải công nghiệp.
Một nền tảng mới cho lưu trữ năng lượng
Mặc dù các pin này không đạt được mật độ năng lượng cao như pin lithium-ion, Varanasi cho biết Alsym đứng đầu trong các loại hóa học thay thế ở cấp hệ thống. Ông nói rằng các container 20 foot chứa pin của Alsym có thể cung cấp 1.7 megawatt giờ điện. Pin cũng có thể sạc nhanh trong bốn giờ và có thể được cấu hình để xả điện từ hai đến 110 giờ.
‘Chúng tôi rất linh hoạt, và điều đó quan trọng vì tùy thuộc vào nơi bạn ở, bạn có thể chạy hai chu kỳ một ngày với năng lượng mặt trời, và kết hợp với gió, bạn có thể thực sự có được điện 24/7,’ Chatter nói. ‘Nhu cầu lưu trữ dài ngày hoặc thời gian dài là một phần nhỏ của thị trường, nhưng chúng tôi cũng hỗ trợ điều đó.’
Alsym đã sản xuất các nguyên mẫu tại một cơ sở nhỏ ở Woburn, Massachusetts trong hai năm qua, và đầu năm nay đã mở rộng công suất và bắt đầu gửi mẫu cho khách hàng để thử nghiệm thực địa.
Ngoài các tiện ích lớn, công ty còn làm việc với các đô thị, nhà sản xuất máy phát điện và nhà cung cấp điện sau công tơ cho các tòa nhà dân dụng và thương mại. Công ty cũng đang thảo luận với các nhà sản xuất hóa chất lớn và các nhà máy chế biến kim loại để cung cấp hệ thống lưu trữ năng lượng nhằm giảm lượng khí thải carbon, điều mà họ cho là không khả thi với pin lithium-ion do tính dễ cháy, hoặc với pin không lithium do yêu cầu không gian lớn của chúng.
Một lĩnh vực quan trọng khác là các trung tâm dữ liệu. Với sự phát triển của AI, nhu cầu về các trung tâm dữ liệu – và mức tiêu thụ năng lượng của chúng – sẽ tăng vọt.
‘Chúng ta phải cung cấp năng lượng cho cuộc cách mạng AI và số hóa mà không làm tổn hại hành tinh của chúng ta,’ Varanasi nói thêm rằng pin lithium không phù hợp với các trung tâm dữ liệu do rủi ro cháy nổ. ‘Pin Alsym được định vị tốt để cung cấp một sự thay thế an toàn và bền vững hơn. Tính gián đoạn cũng là một vấn đề chính đối với các bộ điện phân được sử dụng trong sản xuất hydro xanh và các thị trường khác.’
Varanasi coi Alsym như một công ty nền tảng, và Chatter cho biết Alsym đang nghiên cứu các loại hóa học pin khác có mật độ cao hơn và duy trì hiệu suất ở nhiệt độ cực đoan hơn.
‘Khi bạn sử dụng một vật liệu duy nhất trong bất kỳ loại pin nào, và cả thế giới bắt đầu sử dụng nó, bạn sẽ cạn kiệt vật liệu đó,’ Varanasi nói. ‘Những gì chúng tôi có là một nền tảng cho phép chúng tôi không chỉ đưa ra một loại hóa học duy nhất, mà ít nhất là ba hoặc bốn loại hóa học nhắm mục tiêu vào các ứng dụng khác nhau để không một bộ vật liệu cụ thể nào sẽ bị căng thẳng về cung cấp.
Nguồn: news.mit.edu