Sau nhiều năm được kỳ vọng là lựa chọn xanh và rẻ hơn so với pin lithium-ion, pin natri vẫn luôn vấp phải rào cản lớn nhất là tính ổn định kém, dễ đoản mạch và tụt dung lượng nhanh khi sạc nhanh cho các thiết bị xe điện. Tuy nhiên, một nhóm nghiên cứu do Hồng Kông dẫn đầu vừa công bố đã giải quyết được điểm yếu “gót chân Achilles” này, mở ra một bước ngoặt cho ngành công nghệ pin.
Nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Lingnan (Hồng Kông, Trung Quốc), phối hợp cùng Đại học Thanh Hoa và Viện Công nghệ Bắc Kinh, cho biết họ đã tìm ra cách kiểm soát quá trình phân bố ion natri trong pin bằng một giải pháp đơn giản đến bất ngờ, đó là tăng nồng độ muối trong chất điện phân. Nhờ đó, các ion natri hình thành lớp phủ mượt và đồng đều hơn trên cực âm, giảm thiểu sự hình thành các tinh thể nhọn (dendrite) - nguyên nhân chính gây đoản mạch trong pin natri.
Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy loại pin natri không cực âm này có thể hoạt động ổn định ở mật độ dòng điện trên 20 mA/cm² và đạt tốc độ sạc 10C, tương đương sạc trong vài phút thay vì vài giờ. Sau 500 chu kỳ sạc-xả, pin vẫn giữ được hơn 70% dung lượng. Đây là một chỉ số đầy hứa hẹn cho các ứng dụng thực tế.
Điểm nổi bật của nghiên cứu này là không sử dụng các vật liệu đắt đỏ hay lớp phủ phức tạp, mà chỉ điều chỉnh hóa học chất điện phân để thay đổi động học lắng đọng - chuyển từ quá trình khuếch tán sang điều khiển theo chuyển điện tích. Điều này không chỉ giúp kiểm soát tốt hơn sự hình thành dendrite mà còn làm cho pin trở nên an toàn hơn trong quá trình sản xuất và vận chuyển, vì không chứa natri kim loại khi ở trạng thái xả hoàn toàn.
Giáo sư Li Liangliang - Phó Giáo sư tại Đại học Lingnan, đồng tác giả của nghiên cứu, nhận định rằng: “Cả thế giới ngày nay phụ thuộc mạnh vào xe điện và thiết bị điện tử, trong khi trữ lượng lithium thì khan hiếm, giá thành cao và phân bố không đồng đều, chưa kể tác động khai thác tới môi trường đất và nước”.
Ông cho biết pin natri là giải pháp thay thế tiềm năng khi giá natri chỉ bằng 1/10 giá lithium, lại có nguồn cung dồi dào trong nước biển và có thể làm giảm mạnh chi phí xe điện cũng như hệ thống lưu trữ điện từ năng lượng tái tạo.
Dù vẫn còn nhiều thách thức, như tuổi thọ chu kỳ cần được cải thiện gấp đôi hoặc gấp 3, mật độ năng lượng của natri còn thấp hơn lithium, và chất điện phân đậm đặc hiện có giá thành cao, song nghiên cứu này được đánh giá là một trong những tiến bộ rõ rệt nhất từ trước đến nay đối với công nghệ pin natri.
Vu Lam
Theo Interesting Engineering
