Các khoa học gia đã phát triển thành công một loại pin natri-ion hỗn hợp mới vừa có công suất cao, vừa có khả năng sạc nhanh, hứa hẹn trong tương lai sẽ được sử dụng trong các thiết bị di động, xe điện và công nghệ hàng không vũ trụ. (Nguồn: Chụp lại từ YouTube)
Các nhà nghiên cứu từ Học Viện Khoa Học Kỹ Thuật Nam Hàn (Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST) đã phát triển một loại pin natri-ion mới (hay còn gọi là pin sodium-ion), có hình dạng giống đồng xu cùng với khả năng sạc nhanh chỉ “trong vài giây,” hứa hẹn sẽ là một giải pháp năng lượng hiệu quả và linh hoạt cho mọi thứ, từ điện thoại thông minh (smartphone) cho đến xe điện (EV).
Bằng cách kết hợp vật liệu cực dương (anode) được sử dụng trong pin thông thường với cực âm (cathode) từ siêu tụ điện (supercapacitors) – các loại pin có thể lưu trữ và cung cấp năng lượng ở tốc độ rất cao – các khoa học gia đã tạo ra một loại pin natri-ion mới có cả công suất cao và khả năng sạc nhanh.
Nhóm nghiên cứu đã tìm cách khắc phục những hạn chế hiện tại của công nghệ lưu trữ năng lượng sodium-ion – thường được quảng cáo là giải pháp thay thế cho pin lithium-ion. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Energy Storage Materials vào ngày 29/3, cho thấy pin nhiên liệu hỗn hợp natri-ion mới có thể mang lại sự lựa chọn linh hoạt và tiềm năng cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau, từ điện tử tiêu dùng cho đến công nghệ hàng không vũ trụ.
Các nhà nghiên cứu cho biết nguồn natri dồi dào hơn rất nhiều so với lithium – nhiều hơn tới 1,000 lần. Nhờ đó, việc sản xuất pin natri-ion có thể sẽ rẻ hơn và bền vững hơn so với pin lithium-ion. Tuy nhiên, các loại pin natri-ion hiện nay có công suất đầu ra và dung lượng lưu trữ thấp hơn so với pin lithium-ion, và cũng mất nhiều thời gian sạc hơn, khiến các ứng dụng tiềm năng của loại pin này bị hạn chế. Nhóm nghiên cứu đã tìm cách khắc phục những yếu điểm này.
Jeung Ku Kang, tác giả chính của nghiên cứu và là giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu tại Học Viện KAIST, cho biết: “Nghiên cứu này là ‘bước đột phá’ trong việc khắc phục những hạn chế hiện tại của các hệ thống lưu trữ năng lượng.”
Nhóm nghiên cứu đã xây dựng một nguyên mẫu pin mới, bằng cách phát triển một cực dương mới từ các hạt sắt sulfide (iron sulfide, quặng sắt sunfua) siêu mịn được nhúng trong hỗn hợp carbon và graphene có pha thêm lưu huỳnh. Kết quả là độ dẫn điện và khả năng lưu trữ năng lượng đã được cải thiện. Còn với cực âm, nhóm sử dụng “khung imidazolate zeolitic” (zeolitic imidazolate framework, ZIF) - một loại kết cấu hợp kim hữu cơ kết hợp các ion kim loại với các phân tử hữu cơ để tạo ra một cấu trúc tinh thể xốp (rỗng). Kết quả là tốc độ sạc và xả pin được cải thiện đáng kể.
Mẫu pin mới sau khi được lắp ráp hoàn chỉnh sẽ đạt công suất lưu trữ năng lượng là 247 watt-giờ/kg (Wh/kg), và có thể cung cấp năng lượng với tốc độ lên tới 34.748 watt/kg (W/kg). Điều này có nghĩa là loại pin mới không chỉ có khả năng lưu trữ lớn, mà còn có thể sạc và xả năng lượng nhanh hơn nhiếu. So với công nghệ pin natri-ion hiện tại, pin mới có hiệu suất vượt trội hơn 100 lần.
Nhóm nghiên cứu cũng cho biết công nghệ pin mới còn duy trì được hiệu suất và khả năng hoạt động qua 5,000 chu kỳ sạc và xả trong các thử nghiệm, nghĩa là pin có khả năng được sử dụng lâu dài mà không bị hao mòn và suy giảm hiệu suất. Điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng mà pin cần có thời gian sử dụng lâu dài mà không bị xuống cấp, chẳng hạn như hệ thống lưu trữ năng lượng lưới và xe điện. Thí dụ, nhiều loại pin lithium-ion thương mại hiện nay chỉ có thể duy trì được khoảng 500 chu kỳ sạc trước khi bắt đầu xuống cấp.
Nguồn: “Charging future EVs could take seconds with new sodium-ion battery tech” được đăng trên trang Livescience.com.
Gửi ý kiến của bạn
