Khả năng pin trọng lực "soán ngôi" pin lithium-ion

0:00 / 0:00
0:00
(Ngày Nay) - Khác với pin lithium-ion, pin trọng lực dựa vào các nguyên lý vật lý cơ bản thay vì đất hiếm.
Energy Vault Hệ thống pin trọng lực công ty Energy Vault xây dựng tại Thụy Sĩ. Ảnh: Energy Vault
Energy Vault Hệ thống pin trọng lực công ty Energy Vault xây dựng tại Thụy Sĩ. Ảnh: Energy Vault

Theo trang Interesting Engineering (Mỹ), trong bối cảnh quá trình chuyển đổi toàn cầu sang năng lượng tái tạo tăng tốc, việc lưu trữ điện được tạo ra từ năng lượng tái tạo không liên tục, ví dụ như Mặt Trời và gió, trở nên ngày càng cấp thiết. Sản lượng điện thường giảm mạnh khi Mặt Trời lặn hoặc gió yếu. Đồng thời, nhu cầu có thể tăng đột biến bất ngờ, gây áp lực lên lưới điện.

Hơn thế nữa, xe điện (EV) phổ biến hơn trên đường phố cũng báo hiệu tương lai nhu cầu điện có thể tăng vọt. Bên cạnh đó, Interesting Engineering đánh giá rằng sự mở rộng nhanh chóng của các ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI), đòi hỏi sức mạnh tính toán khổng lồ, làm tăng nhu cầu về năng lượng ổn định, đáng tin cậy.

Các lưới điện truyền thống có thể gặp khó khăn với hàng loạt nhu cầu cao này. Do đó, lưu trữ năng lượng quy mô lớn, thường được đo bằng megawatt-giờ (MWh) hoặc gigawatt-giờ (GWh), là điều cần thiết để đảm bảo khả năng cung cấp điện.

Giải pháp được ưa chuộng cho đến nay là pin lithium-ion. Mặc dù phổ biến nhưng công nghệ lithium-ion vẫn có những vấn đề riêng. Một trong số đó là việc khai thác lithium và một số nguyên tố đất hiếm có thể gây tổn hại đến môi trường.

Hơn thế nữa, theo trang Live Science, khi hoạt động trong môi trường nhiệt độ thấp, số liệu hiệu suất của pin lithium-ion như dung lượng, công suất đầu ra và tuổi thọ chu kỳ, giảm đáng kể. Các nghiên cứu cho thấy, trong môi trường có nhiệt độ xuống dưới -40 độ C, dung lượng pin lithium-ion có thể giảm 12%.

Không những vậy, pin lithium-ion còn xuống cấp theo thời gian, mất đi dung lượng và mang nhiều thách thức trong việc tái chế. Chi phí của chúng dao động theo địa chính trị và sự phụ thuộc vào chuỗi cung ứng. Trung Quốc hiện kiểm soát khoảng 72% thị trường lithium-ion. Những yếu tố này thúc đẩy các chính phủ và công ty tìm kiếm các giải pháp thay thế. Từ đây, tân binh tiềm năng xuất hiện, đó là pin trọng lực.

Cơ chế hoạt động của pin trọng lực

Pin trọng lực, về bản chất là tận dụng năng lượng tiềm năng. Mỗi khi bạn nâng một vật thể, bạn đã đầu tư năng lượng vào khối lượng đó. Nhờ vào trọng lực, năng lượng này sẽ được lưu trữ cho đến khi vật thể rơi xuống. Vào bất kỳ thời điểm nào, bạn có thể để vật thể hạ xuống một cách có kiểm soát, sử dụng máy phát điện hoặc tua-bin để chuyển đổi năng lượng động học từ sự rơi xuống thành điện năng.

Khác với năng lượng hóa học trong pin, vốn bị suy giảm qua các chu kỳ lặp lại, năng lượng tiềm năng trọng lực không hao mòn theo thời gian. Miễn là các bộ phận cơ học vẫn hoạt động, năng lượng lưu trữ có thể được giải phóng khi cần.

Mặt khác, pin trọng lực sử dụng trọng lượng rắn có thể được chế tạo theo những cách linh hoạt hơn. Loại pin này chủ yếu bị giới hạn bởi chiều cao có sẵn để nâng và hạ khối lượng.

Ví dụ nổi bật nhất về chuyển dịch sang pin trọng lực là tại Rudong, Trung Quốc, nơi công ty Thụy Sĩ Energy Vault và chính phủ Trung Quốc đã tạo ra hệ thống EVx. Hệ thống EVx cao hơn 120 mét là một tòa tháp cơ khí khổng lồ dùng để nâng những khối nặng 24 tấn. Khi lưới điện đòi hỏi nhiều hơn, các khối khổng lồ được hạ xuống và năng lượng tiềm tàng của chúng huyển đổi trở thành điện.

EVx có tổng công suất là 100 MWh. Tuổi thọ hoạt động ước tính của EVx là 35 năm, cho thấy đây là giải pháp lâu dài mạnh mẽ.

Mỗi khối 24 tấn được làm từ các vật liệu có sẵn như đất, cát hoặc rác thải tái chế. Việc xây dựng hệ thống dựa vào nguồn lao động và tài nguyên địa phương. Điều này cần chi phí thấp hơn so với việc dựa vào lithium nhập khẩu hoặc các kim loại hiếm khác.

Trong bối cảnh Trung Quốc đẩy mạnh phát triển năng lượng tái tạo, nhiều dự án EVx đã được lên kế hoạch, từ hệ thống 100 MWh đến 660 MWh, thậm chí là một dự án lắp đặt 2 GWh được đề xuất tại Khu tự trị Nội Mông. Tổng cộng, chi phí vốn cho các nhà máy này là hơn 1 tỷ USD.

Tại Scotland, công ty khởi nghiệp Gravitricity trong khi đó đang hướng đến triển khai công nghệ này tại các mỏ khai thác bỏ hoang. Thay vì xây dựng một công trình đồ sộ trên mặt đất, họ có kế hoạch treo những vật nặng khổng lồ dưới lòng đất. Một số mỏ bỏ hoang thậm chí đạt độ sâu tới 3 km.

Việc tái sử dụng các mỏ không sử dụng thổi luồng sinh khí mới vào nền kinh tế địa phương. Bằng cách khai thác cơ sở hạ tầng hiện có, Gravitricity tránh được khoản đầu tư vốn lớn cần thiết để xây dựng các công trình mới lớn.

Mặc dù pin trọng lực có nhiều tiềm năng nhưng chúng không phải là giải pháp chung, đặc biệt là đối với việc lưu trữ năng lượng ở quy mô cá nhân hoặc gia đình. Trong một nghiên cứu, các sinh viên kỹ thuật đã thử nâng một khối bê tông nặng 2.000 kg trong một ngôi nhà, chỉ để thấy rằng nó lưu trữ năng lượng tương đương với 12 cục pin AA. Ngoài ra, sự hao mòn vật lý trên các bộ phận cơ khí như cáp, ròng rọc hoặc thang máy có thể là mối lo ngại sau nhiều thập niên hoạt động.

Không có công nghệ lưu trữ đơn lẻ nào có thể giải quyết được tính phức tạp của lưới điện hiện đại. Thay vào đó, các chuyên gia dự đoán sự kết hợp của các giải pháp như pin trọng lực, thủy điện bơm, hệ thống lithium-ion, pin nhiên liệu hydro và lưu trữ nhiệt đều có thể cùng tồn tại, mỗi loại đều đóng vai trò riêng.

Cơ quan Việc làm Đức cảnh báo về kế hoạch giảm hạn ngạch lao động nhập cư
Cơ quan Việc làm Đức cảnh báo về kế hoạch giảm hạn ngạch lao động nhập cư
(Ngày Nay) - Kế hoạch giảm 50% hạn ngạch tiếp nhận lao động từ các nước Tây Balkan của Chính phủ Đức đang vấp phải sự phản đối từ Cơ quan Việc làm Liên bang, giới chủ và các chuyên gia kinh tế. Trong bối cảnh nền kinh tế lớn nhất châu Âu vẫn thiếu hụt nhân lực do dân số già hóa, đề xuất này làm dấy lên lo ngại về khả năng đáp ứng nhu cầu lao động của doanh nghiệp và triển khai các dự án đầu tư lớn.
LHQ: Hàng chục triệu người tại Nam Á đối mặt với việc phải di dời do biến đổi khí hậu
LHQ: Hàng chục triệu người tại Nam Á đối mặt với việc phải di dời do biến đổi khí hậu
(Ngày Nay) - Biến đổi khí hậu đang đe dọa trực tiếp đến sinh kế và đẩy hàng triệu người dân khắp Nam Á vào làn sóng di cư cưỡng bức. Tuy nhiên, theo bà Amy Pope, Tổng Giám đốc Tổ chức Di cư Quốc tế (IOM) thuộc Liên hợp quốc (LHQ), việc chủ động ứng phó từ chính phủ và ứng dụng công nghệ có thể là chiếc "phao cứu sinh" giảm thiểu thiệt hại này.
Thành lập Hội đồng Nhà nước xét tặng danh hiệu nghệ nhân trong lĩnh vực di sản văn hóa phi vật thể
Thành lập Hội đồng Nhà nước xét tặng danh hiệu nghệ nhân trong lĩnh vực di sản văn hóa phi vật thể
(Ngày Nay) - Phó Thủ tướng Chính phủ Phạm Thị Thanh Trà vừa ký Quyết định số 1998/QĐ-TTg ngày 16/10/2026 về việc thành lập Hội đồng cấp Nhà nước xét tặng danh hiệu “Nghệ nhân Nhân dân”, “Nghệ nhân Ưu tú” trong lĩnh vực di sản văn hóa phi vật thể lần thứ Tư (Hội Đồng).
Tập 10 Sao Nhập Ngũ 2026: 8 chiến sĩ vững vàng bản lĩnh trong trận đánh cuối cùng
Tập 10 Sao Nhập Ngũ 2026: 8 chiến sĩ vững vàng bản lĩnh trong trận đánh cuối cùng
(Ngày Nay) - Sự đầu tư và chuẩn bị chỉn chu của Ekip Sao Nhập Ngũ 2026 đã mang lại nhiều bất ngờ và cảm xúc cho 8 chiến sĩ mới, từ bữa tiệc sinh nhật bất ngờ khiến Quốc Trường, Thúy Ngân xúc động, đến màn hành quân “không thể tưởng tượng” trong đêm. Phần diễn tập đổ bộ đường biển ở cuối tập khiến khán giả liên tục cất lời khen ngợi vì quá hùng tráng.
Ngành bảo hiểm Pháp đối mặt hóa đơn khổng lồ do cháy rừng
Ngành bảo hiểm Pháp đối mặt hóa đơn khổng lồ do cháy rừng
(Ngày Nay) - Theo số liệu do liên đoàn bảo hiểm Pháp France Assureurs công bố ngày 16/10, các vụ cháy rừng xảy ra tại Pháp trong mùa Hè năm nay có thể khiến ngành bảo hiểm nước này phải chi trả tới 563 triệu euro (634 triệu USD), với khoảng 22.500 hồ sơ yêu cầu bồi thường.
WHO nâng mức độ sẵn sàng ứng phó dịch bệnh Ebola tại 22 quốc gia trên ba châu lục
WHO nâng mức độ sẵn sàng ứng phó dịch bệnh Ebola tại 22 quốc gia trên ba châu lục
(Ngày Nay) - Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đang khẩn trương đẩy mạnh các biện pháp sẵn sàng ứng phó với dịch bệnh Ebola, giữa bối cảnh bóng ma xung đột vũ trang và làn sóng ly tán đang đe dọa sinh mạng của hàng triệu người tại một khu vực rộng lớn trải dài qua các phần lãnh thổ của châu Phi, châu Á và châu Âu.