Natri là nguyên tố phổ biến thứ sáu trên Trái đất, nên pin natri-ion có thể giúp giảm chi phí và cải thiện tính khả dụng, đặc biệt là khi nhu cầu về năng lượng sạch và xe điện tiếp tục tăng.
Một trong những thách thức lớn nhất để làm cho pin natri-ion có tuổi thọ cao hơn và hoạt động tốt hơn nằm ở việc cải thiện vật liệu sử dụng bên trong pin, đặc biệt là cực âm. Vật liệu có tên là oxit natri mangan (NaMnO₂) cho thấy triển vọng này, đặc biệt ở dạng tinh thể được gọi là pha β.
Tuy nhiên, việc tạo ra phiên bản NaMnO₂ này rất khó khăn, thường dẫn đến các lỗi trong cấu trúc, được gọi là lỗi xếp chồng. Những lỗi này làm pin nhanh hết điện, khiến pin kém hữu ích hơn trong các ứng dụng thực tế.
Giờ đây, các nhà khoa học từ Đại học Khoa học Tokyo, nghiên cứu ra một giải pháp thông minh: thêm một lượng nhỏ đồng vào hỗn hợp. Đồng giúp ổn định pha β của NaMnO₂, làm giảm đáng kể các lỗi xếp chồng. Cải tiến này giúp pin có tuổi thọ cao hơn, giữ điện tích tốt hơn theo thời gian.
Nhóm nghiên cứu tạo ra một số mẫu oxit natri mangan pha đồng, mỗi mẫu có lượng đồng khác nhau. Họ phát hiện mẫu có khoảng 12% đồng (gọi là NMCO-12) hầu như không có lỗi xếp chồng và duy trì hiệu suất ấn tượng trong hơn 150 chu kỳ sạc-xả mà không bị mất dung lượng. Phiên bản không pha đồng bị mất điện nhanh chóng chỉ sau 30 chu kỳ.
Điều khiến nghiên cứu này đặc biệt thú vị là tiềm năng hỗ trợ lưu trữ năng lượng quy mô lớn, xe điện và các thiết bị điện tử sử dụng hằng ngày. Tất cả đều không cần dựa vào các vật liệu đắt tiền hoặc khó tìm như lithium. Mangan và natri đều phổ biến hơn và ít tốn kém hơn.
Bước đột phá này cũng hỗ trợ nỗ lực toàn cầu hướng tới chuyển đổi sang năng lượng sạch và giá cả phải chăng. Bằng cách làm cho pin ổn định hơn, tiết kiệm chi phí hơn, nghiên cứu này đưa chúng ta tiến gần hơn một bước tới một tương lai năng lượng bền vững hơn.
