Thiết kế mới là một loại pin sạch dòng, nghĩa là các thành phần cực âm và cực dương của chúng là chất lỏng (chất điện phân âm cực và dương cực) vốn truyền ion qua lại để lưu trữ hoặc giải phóng năng lượng. Trong trường hợp này, chất điện phân dương cực được làm từ lưu huỳnh hòa tan trong nước và đi tìm một vật liệu phong phú tương đương để làm chất điện phân âm cực đã đưa nhóm đến với một dung dịch muối lỏng oxy hóa.

“Khi chúng tôi tiến hành tìm kiếm một điện cực dương vốn cũng có chi phí đặc biệt thấp mà chúng tôi có thể sử dụng với lưu huỳnh với vai trò là một cực âm. Thông qua một khám phá phòng thí nghiệm vô tình, chúng tôi biết rằng được rằng đó có thể là oxy và không khí. Chúng tôi cần bổ sung thêm một thành phần khác làm vật mang điện tích qua lại giữa lưu huỳnh và điện cực không khí và hóa ra đó là natri”, đồng tác giả nghiên cứu Yet-Ming Chiang cho biết.

Một khía cạnh thông minh của pin này là thực tế chất điện phân âm cực “hít” không khí từ bên ngoài vào trong khi xả và “thở” ra khi sạc. Bằng cơ chế này, pin tạo ra ion hydroxit mang điện tích âm trong chất điện phân âm cực trong lúc thở và trong lúc sạc, oxy đó là được giải phóng, tạo ra ion hydro mà sau đó sẽ được truyền trở lại chất điện phân dương cực.

“Pin này hít thở không khí nhưng không nhả ra khí CO2 như con người – nó nhả ra khí oxy. Những gì nó làm là tạo ra một sự cân bằng điện tích bằng cách đưa oxy vào và ra khỏi hệ thống”, Chiang giải thích.

Pin lithium-không khí sử dụng chính cơ chế này nhưng lưu huỳnh, nước và muối là những vật liệu rẻ hơn nhiều và cắt giảm chi phí là chìa khóa để nâng quy mô các hệ thống lưu trữ năng lượng để sử dụng với lưới điện. Các nhà nghiên cứu cho hay pin của họ có chi phí chế tạo và vận hành thấp hơn rất nhiều so với pin lithium-ion trong khi duy trì mật độ năng lượng gần như tương đương. Khi được sử dụng, các nhà nghiên cứu ước tính một phiên bản nâng quy mô của pin dòng này có thể có chi phí từ 20 đến 30 USD trên mỗi kWh được lưu trữ để vận hành so với 100 USD/kWh đối với các hệ thống lưu trữ khác.

Theo các nhà nghiên cứu, mẫu thử hiện tại có kích thước gần bằng một tách cà phê nhưng họ tin thiết kế có thể nâng quy mô để sử dụng cho các ứng dụng lớn hơn. Tiếp theo, nhóm có kế hoạch làm cho pin hiệu quả hơn, rẻ hơn và mở rộng tuổi thọ vận hành từ 1.500 giờ hiện tại.