Pin thể rắn natri “lộ diện”: Công nghệ NASICON hứa hẹn sạc nhanh hơn, bền hơn

Các nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu và Thử nghiệm Vật liệu Liên bang Đức (BAM) đang nỗ lực cải tiến pin thể rắn để vượt qua những giới hạn mà các cell pin lithium-ion hiện nay đang gặp phải.

Dự án của họ tập trung vào một chất điện phân NASICON (sodium super-ionic conductor) mới, hứa hẹn mở ra khả năng sạc nhanh hơn, tuổi thọ sử dụng dài hơn và chi phí thấp hơn mà không ảnh hưởng đến an toàn.

Anode composite: Chìa khóa cho mật độ năng lượng cao

Pin lithium-ion thông thường dựa vào anode graphite chỉ có thể lưu trữ một số lượng ion nhất định. Việc chuyển sang sử dụng lithium kim loại – hoặc natri rẻ hơn và dồi dào hơn — có thể tăng mật độ năng lượng lên tới 40%. Tuy nhiên, anode rắn cần chất điện phân rắn, và giao diện cứng giữa hai thành phần này thường tạo ra các khoảng trống làm vô hiệu hóa pin. Một anode lỏng một phần có thể giải quyết vấn đề giao diện đó, nhưng chỉ khi toàn bộ hệ thống duy trì ổn định.

Nhóm nghiên cứu của BAM, do Gustav Graeber dẫn đầu, đã chứng minh rằng anode kim loại kiềm lỏng có thể cung cấp công suất gấp 100 lần so với graphite. Tuy nhiên, hiệu suất kỷ lục đó hiện chỉ đạt được ở khoảng 250°C. Để đưa công nghệ này xuống nhiệt độ phòng, các nhà nghiên cứu đã thêm kali để giảm điểm nóng chảy của anode. Hầu hết các chất điện phân rắn đều bị xuống cấp khi tiếp xúc với kali, do đó chất điện phân trở thành nút thắt cổ chai mới.

Vật liệu NASICON đã phá vỡ thế bế tắc đó. Chúng dẫn ion tốt trong điều kiện môi trường xung quanh và chịu được kali, đặc biệt khi được pha tạp với hafnium. Tuy nhiên, hafnium rất hiếm và đắt tiền. Do đó, dự án BAM đang tìm kiếm các chất pha tạp dồi dào trên Trái Đất có thể sánh được với hiệu ứng ổn định của hafnium. Các thành phần hứa hẹn nhất đang được tích hợp và thử nghiệm trong các cell pin natri nguyên mẫu.

Tương lai của pin thể rắn natri: An toàn hơn, rẻ hơn, bền vững hơn

Nếu nghiên cứu thành công, pin thể rắn dựa trên natri có thể chuyển từ phòng thí nghiệm sang các thiết bị hàng ngày và xe điện. Mật độ năng lượng cao hơn sẽ kéo dài thời gian hoạt động, trong khi chất điện phân rắn sẽ cải thiện độ an toàn nội tại. Sạc nhanh hơn và chuỗi cung ứng dựa vào natri dồi dào thay vì lithium và coban khan hiếm sẽ làm cho công nghệ này hấp dẫn cho việc lưu trữ điện lưới – một bước tiến tăng dần nhưng có ý nghĩa hướng tới các hệ thống năng lượng ít carbon hơn.

Nghiên cứu của BAM về chất điện phân NASICON mở ra một hướng đi đầy triển vọng cho pin thể rắn natri, hứa hẹn mang lại những cải tiến đáng kể về tốc độ sạc, tuổi thọ, an toàn và chi phí. Đây có thể là một bước đột phá quan trọng, giúp thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang các giải pháp năng lượng sạch và bền vững hơn trong tương lai.