Song Jin, giáo sư hóa học tại Đại học Wisconsin-Madison, đã đưa ra một ý tưởng tốt hơn để giải quyết vấn đề: đó là tích hợp các tế bào năng lượng mặt trời với một pin dung lượng lớn. Ông và các đồng nghiệp của ông đã thực hiện một thiết bị đơn lẻ loại bỏ bước trung gian thông thường để sinh điện, thay vào đó, chuyển năng lượng trực tiếp đến chất điện phân của pin.

Jin đã chọn một "pin dòng oxi hóa khử," hay còn gọi là RFB để lưu trữ năng lượng trong một bình chứa chất điện phân lỏng.

Trong một báo cáo hiện đang được đăng trực tuyến trên Angewandte Chemie International Edition, Jin, sinh viên tốt nghiệp Wenjie Li, và các đồng nghiệp tại Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah ở Saudi Arabia đã chứng minh một thiết bị đơn lẻ có thể chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học bằng cách trực tiếp nạp chất điện phân lỏng.

Xả pin để cấp nguồn cho lưới điện vào ban đêm hầu như không thể đơn giản hơn, Jin nói. "Chúng tôi chỉ cần kết nối một tải tới một bộ các điện cực, truyền qua chất điện phân điện được nạp thông qua thiết bị, và dòng điện đi ra."

Sạc năng lượng mặt trời và xả điện, có thể được lặp đi lặp lại trong nhiều chu kỳ với sự mất mát hiệu quả ít đi.

Không giống như các loại pin lithium-ion vốn lưu trữ năng lượng trong các điện cực rắn, RFB lưu trữ năng lượng hóa học trong chất điện phân lỏng. "RFB tương đối rẻ và bạn có thể phát triển một thiết bị lưu trữ lượng năng lượng nhiều như bạn cần, đó là lý do tại sao nó là phương pháp tiêp cận hứa hẹn nhất đối với việc lưu trữ điện cho lưới điện", ông Jin, người cũng hoạt động trong lĩnh vực chuyển đổi năng lượng mặt trời cho biết.

Trong thiết bị mới, các pin năng lượng mặt trời silicon tiêu chuẩn được gắn trên buồng phản ứng và năng lượng chuyển đổi bởi pin ngay lập tức nạp chất điện phân dạng nước, được bơm ra một bể chứa.

Pin dòng Redox đã có trên thị trường đã được gắn vào các tế bào năng lượng mặt trời ", nhưng bây giờ chúng tôi có một thiết bị thu ánh sáng mặt trời để giải phóng điện tích và trực tiếp thay đổi trạng thái oxy hóa khử của chất điện phân trên bề mặt của các tế bào," Li nói, tác giả đầu tiên của nghiên cứu mới. "Chúng tôi đang sử dụng một thiết bị đơn lẻ để chuyển đổi năng lượng mặt trời và sạc pin. Đó là bản chất là một pin năng lượng mặt trời, và chúng ta có thể thiết kế kích thước bình chứa RFB để lưu trữ tất cả các năng lượng tạo ra bởi các tế bào năng lượng mặt trời."

Các thiết kế thống nhất cho thấy nhiều lợi thế, Jin nói. "Các tế bào năng lượng mặt trời trực tiếp nạp chất điện phân, và vì vậy chúng tôi đang làm hai việc cùng một lúc giúp pin trở nên đơn giản, giảm chi phí và có hiệu quả cao hơn."

Sau khi chứng minh khái niệm về một pin năng lượng mặt trời sạc tích hợp, Jin và Li hiện đang cải tiến thiết bị của họ. Một là để giúp điện áp của tế bào năng lượng mặt trời phù hợp với tính chất hóa học của chất điện phân, tổn thất năng lượng được chuyển hóa và lưu trữ.

Chất điện phân dung dịch nước được sử dụng trong nghiên cứu này có chứa các phân tử hữu cơ nhưng không có kim loại hiếm đắt tiền. Jin và Li cũng đang tìm kiếm chất điện phân có chênh lệch điện áp lớn hơn để có công suất lưu trữ lơn hơn.

Một hệ thống vừa tạo ra và lưu trữ điện năng sẽ được đánh giá bằng chi phí, hiệu quả và mật độ lưu trữ năng lượng, Jin nói. "Nó không chỉ là về hiệu quả của việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, mà còn bao nhiêu năng lượng có thể lưu trữ hiệu quả trong thiết bị."

Khi việc sử dụng năng lượng mặt trời ngày càng gia tăng, vấn đề lưu trữ trở nên cần thiết hơn. "Mọi người nói rằng công suất điện năng lượng mặt trời không thể vượt quá 20% công suất tổng lưới điện, do thiếu hụt nguồn cung vào ban đêm hoặc khi thời tiết nhiều mây," Jin nói. "Ở một số nơi, việc lắp đặt pin mặt trời có thể phải chờ cho đến khi có phương thức lưu trữ tốt hơn”.