Đột phá kỹ thuật về pin natri-ion có thể là chìa khóa cho sự phát triển của xe điện trong tương lai

Công nghệ pin là một lĩnh vực nghiên cứu phong phú và đầy hứa hẹn, nhưng có rất ít sản phẩm thương mại có thể được sử dụng để cấp nguồn cho các thiết bị kỹ thuật số, xe điện hoặc những ngôi nhà không có lưới điện. Điều đó có thể sớm thay đổi vì pin natri-ion an toàn hơn, bền hơn và rẻ hơn so với pin lithium-ion truyền thống.

Không có gì ngạc nhiên khi pin lithium-ion luôn đi đầu trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng hiện đại và là động lực chính cho nỗ lực điện khí hóa toàn cầu. Tuy nhiên, việc sản xuất pin lithium-ion ở quy mô cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng dường như là một nhiệm vụ gần như bất khả thi. Trong những năm gần đây, các nhà sản xuất lithium đã cảnh báo rằng thế giới có thể sớm phải đối mặt với tình trạng thiếu lithium, có thể sớm nhất là vào năm 2025.

Một lý do quan trọng là chỉ trong vài thập kỷ, lithium đã từ một kim loại thích hợp được sử dụng trong ngành gốm sứ và dược phẩm trở thành một trong những kim loại có nhu cầu cao nhất. Albemarle Co., một trong những công ty khai thác lithium lớn nhất thế giới và dẫn đầu thời kỳ phục hưng khai thác lithium ở Mỹ, có kế hoạch tăng sản lượng hàng năm lên 500.000 tấn vào năm 2030, nhưng cho biết con số này vẫn chưa đủ để đáp ứng nhu cầu dự kiến.

Đây là ưu điểm của pin natri-ion. Mặc dù pin natri-ion chưa nhận được sự quan tâm như pin lithium-ion nhưng chúng đang trở thành một trong những đột phá công nghệ lớn giúp hiện thực hóa giấc mơ điện khí hóa. Pin natri-ion có thiết kế tương tự pin lithium-ion và có thể được sản xuất bằng quy trình công nghiệp tương tự hoặc tương tự. Trong loại pin này, ion natri thay thế ion lithium ở cực âm và muối lithium trong chất điện phân (chất lỏng giúp vận chuyển điện tích giữa các điện cực của pin) được thay thế bằng muối natri.

Pin natri-ion không phải là một khái niệm mới, nhưng ý tưởng sản xuất hàng loạt pin natri-ion chỉ mới được chú ý trong những năm gần đây. Natri dồi dào hơn nhiều so với lithium, khiến nó rẻ hơn và dễ kiếm hơn, đồng thời ít bị ảnh hưởng bởi căng thẳng địa chính trị. Cho đến nay, giá natri cacbonat cao nhất chỉ là 286 USD/tấn, trong khi giá lithium cacbonat cấp pin cao tới 20.494 USD/tấn.

Các nhà hóa học cũng phát hiện ra rằng pin cực âm oxit nhiều lớp được chế tạo bằng natri có thể đạt được mật độ năng lượng tương đương với pin lithium iron phosphate (LFP) mà không cần đến các kim loại đắt tiền như coban hoặc niken.

Đầu tháng này, một nhóm các nhà nghiên cứu Nhật Bản tại Đại học Khoa học Tokyo tiết lộ rằng họ đã phát triển được cực âm công suất cao cho pin natri-ion sử dụng carbon cứng có cấu trúc nano. Mật độ năng lượng của loại pin này có thể đạt tới 312Wh/kg, gấp đôi so với pin lithium iron phosphate. Để dễ hình dung, đây cũng là mật độ năng lượng gấp 1,6 lần so với pin natri-ion tiên tiến nhất từ ​​hơn một thập kỷ trước.

Một ưu điểm khác của pin natri-ion là khả năng chịu được phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng hơn - từ âm 30 độ C đến 60 độ C (âm 22 độ F đến 140 độ F) hoặc thậm chí 80 độ C (tùy thuộc vào hóa chất được sử dụng). Đó là lý do tại sao các công ty như Ferradian đã bắt đầu thử nghiệm các thiết bị pin natri-ion để lưu trữ năng lượng cố định ở Úc.

Đầu năm nay, một liên doanh giữa Volkswagen và Tập đoàn ô tô Jianghuai đã cho ra mắt chiếc sedan điện đầu tiên chạy bằng pin natri-ion. Chiếc xe sử dụng pin 25 kilowatt giờ và có phạm vi hoạt động tương đối ngắn chỉ 250 km (155 dặm), nhưng cả hai công ty đều quảng cáo tính năng sạc nhanh, hiệu suất ở nhiệt độ thấp tốt hơn và tuổi thọ pin dài hơn với khả năng giảm dung lượng chậm hơn khi nó cũ đi.

Giám đốc điều hành Faradion James Quinn cho biết không thể phóng đại những ưu điểm về an toàn của pin natri-ion. Pin lithium-ion cần được sạc trên 30% trước khi vận chuyển, trong khi pin natri-ion có thể được xả an toàn về 0V giống như tụ điện, loại bỏ khả năng thoát nhiệt do đoản mạch. Như bạn có thể thấy trong video trên, việc xuyên qua pin natri-ion khi nó đã được sạc đầy sẽ không biến nó thành một quả bom cháy.