“Chiếc lồng phân tử” giúp pin kẽm-iốt bền hơn 60.000 chu kỳ

Công trình của nhóm nghiên cứu Flinders, công bố trên Angewandte Chemie International Edition, tập trung vào một điểm yếu lớn của pin kẽm-iốt dạng nước: các ion polyiodide có thể hòa tan và di chuyển giữa các điện cực trong quá trình sạc-xả, gây thất thoát vật liệu hoạt tính, phản ứng phụ và suy giảm hiệu suất.

Để giải quyết vấn đề, nhóm nghiên cứu sử dụng polycyclodextrin, một polymer được tạo từ β-cyclodextrin có nguồn gốc từ oligosaccharide. Cấu trúc này hoạt động như một “chiếc lồng phân tử”, giữ các polyhalide trong mạng polymer và hạn chế hiện tượng dịch chuyển giữa các điện cực.

Kết quả thử nghiệm cho thấy pin có thể đạt hơn 60.000 chu kỳ ở cấu hình lưu trữ 4 electron, với dung lượng khoảng 150 mAh/g và mức suy giảm chỉ 0,0003% mỗi chu kỳ. Ở cấu hình 2 electron, dung lượng đạt khoảng 205 mAh/g và duy trì hơn 8.000 chu kỳ, với mức suy giảm khoảng 0,0001% mỗi chu kỳ.

Đây là con số đáng chú ý bởi tuổi thọ chu kỳ là yếu tố quan trọng quyết định chi phí vận hành và thời gian sử dụng của các hệ thống lưu trữ năng lượng.

Pin sạc nhanh, an toàn hơn nhưng không phải “siêu pin” cho smartphone

Một lợi thế khác của công nghệ là chất điện phân dạng nước. So với nhiều hệ pin lithium-ion sử dụng dung môi hữu cơ dễ cháy, điện phân nước có ưu thế về an toàn và giảm nguy cơ cháy liên quan đến chất điện phân. Đây cũng là lý do pin kẽm-iốt được quan tâm trong các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn. Tổng quan trên Advanced Functional Materials đánh giá pin kẽm-iốt có tiềm năng nhờ độ an toàn, nguồn nguyên liệu và khả năng đạt tuổi thọ dài.

Khả năng sạc trong khoảng 3 phút càng làm công nghệ trở nên hấp dẫn. Tuy nhiên, đây là kết quả của nguyên mẫu trong điều kiện thử nghiệm cụ thể, không có nghĩa các bộ pin thương mại dành cho điện thoại hay ô tô điện có thể sạc đầy trong 3 phút.

Quan trọng hơn, pin kẽm-iốt hiện chưa đủ lợi thế để thay thế lithium-ion trong những thiết bị đòi hỏi mật độ năng lượng cao. Các nghiên cứu gần đây tiếp tục chỉ ra những vấn đề như động học phản ứng iốt chậm, polyiodide shuttle, dendrite trên điện cực kẽm và các phản ứng phụ.

Tiềm năng lưu trữ điện quy mô lớn

Pin kẽm-iốt không nhất thiết phải cạnh tranh trực tiếp với lithium-ion trong smartphone hay ô tô điện. Lưu trữ năng lượng quy mô lớn có thể mới là thị trường phù hợp hơn.

Với các hệ thống tích trữ điện từ năng lượng mặt trời, điện gió hoặc hỗ trợ lưới điện, những yếu tố như độ an toàn, tuổi thọ, chi phí vật liệu và khả năng vận hành ổn định có thể quan trọng hơn kích thước nhỏ hay mật độ năng lượng cực cao.

Một tổng quan công bố trên Advanced Functional Materials tháng 6/2026 cũng xác định pin kẽm-iốt là một ứng viên tiềm năng cho large-scale energy storage, đồng thời nhấn mạnh rằng công nghệ vẫn phải giải quyết nhiều nút thắt trước khi được triển khai rộng rãi.

Điều đó cũng cho thấy ý nghĩa thực sự của con số 60.000 chu kỳ. Không phải một chiếc điện thoại có thể “sạc một lần dùng cả đời”, mà là khả năng kéo dài vòng đời của những hệ thống phải liên tục nạp và xả điện, qua đó giảm nhu cầu thay thế pin.

Từ phòng thí nghiệm đến thương mại vẫn còn khoảng cách

Thách thức tiếp theo là chứng minh hiệu suất ở quy mô lớn, cải thiện mật độ năng lượng, kiểm soát phản ứng phụ và giảm chi phí sản xuất. Các nghiên cứu năm 2026 vẫn xem polyiodide shuttle và động học phản ứng iốt là những bài toán cốt lõi của pin kẽm-iốt.

Nếu những rào cản này được giải quyết, pin kẽm-iốt có thể không trở thành “kẻ thay thế lithium-ion”, mà là một công nghệ bổ sung cho kỷ nguyên năng lượng tái tạo: an toàn hơn, tuổi thọ dài hơn và phù hợp với những hệ thống cần lưu trữ, nạp-xả điện trong thời gian dài.