Bằng cách kết hợp các ion lithium và natri, các nhà nghiên cứu tại Đại học Limerick, Ireland tạo ra loại pin cation kép (dual-cation), có mật độ năng lượng vượt trội, tăng cường độ ổn định, có thể định hình lại tương lai của xe điện và thiết bị điện tử di động.
Đột phá này trong công nghệ lưu trữ năng lượng, dẫn đến việc tạo ra pin cation kép toàn phần đầu tiên trên thế giới, thiết lập chuẩn mực mới cho công nghệ lưu trữ năng lượng. Đổi mới này cũng đánh dấu bước tiến lớn trong phát triển năng lượng bền vững.
Được phát triển tại Viện Bernal thuộc Đại học Limerick, công trình tiên phong này do Phó Giáo sư Hugh Geaney và Tiến sĩ Syed Abdul Ahad dẫn đầu, hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Đại học Birmingham. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nano Energy.
Cation là các ion mất đi một hay nhiều electron, mang điện tích dương. Cation có ít electron hơn proton nên chúng có điện tích dương ròng. Ví dụ cation là Natri (Na+), Lithium (Li+), Sắt (Fe2+), Magne (Mg2+), Canxi (Ca2+), Kali (K+), Bạc (Ag+),…
Không giống như pin natri thông thường, mặc dù rẻ hơn và thân thiện với môi trường hơn pin lithium-ion, nhưng có nhược điểm dung lượng thấp và mật độ năng lượng kém, thiết kế cation kép mới kết hợp thế mạnh của cả lithium và natri để mang lại hiệu suất cải thiện, giúp công nghệ hiệu quả và bền vững hơn.
Bằng cách đưa cả cation lithium và natri vào, nhóm nghiên cứu tăng gấp đôi dung lượng của pin, vốn thấp hơn trong pin natri-ion thông thường. Thiết kế của pin cho phép lithium hoạt động như “chất tăng cường dung lượng” bên trong chất điện phân, siêu nạp hệ thống natri-ion trong khi vẫn duy trì sự ổn định lâu dài.
Phương pháp lai này không chỉ cải thiện mật độ năng lượng, yếu tố quan trọng để mở rộng phạm vi hoạt động của xe điện, mà còn tăng cường tính an toàn, tính bền vững bằng cách giảm phụ thuộc vào các vật liệu đắt tiền và gây hại cho môi trường như coban.
Pin natri-ion từ lâu được coi là giải pháp bền vững thay thế cho pin lithium-ion, nhưng mật độ năng lượng thấp hơn đã hạn chế việc áp dụng chúng. Công nghệ cation kép mới giúp giải quyết vấn đề, cho phép các ion natri cung cấp công suất cao hơn mà không ảnh hưởng đến lợi ích môi trường.
Các ion lithium và natri hoạt động song song trong các chu kỳ sạc và xả, cho phép pin hoạt động lên đến 1.000 chu kỳ, ngưỡng quan trọng cho khả năng thương mại hóa. Điều này làm cho loại pin mới trở thành giải pháp thay thế xanh hơn, bền hơn và ít tốn kém hơn so với các công nghệ pin lithium hiện tại.
Nhóm nghiên cứu dự kiến tìm hiểu thêm các vật liệu và kết hợp ion mới, mở rộng nghiên cứu sang cực dương làm từ silicon và khám phá các kết hợp ion thay thế như lithium-magie và kali-lithium, để đưa công nghệ này tiến xa hơn nữa.
