Vật liệu mới giúp pin natri-ion đạt mật độ năng lượng 458 Wh/kg

Vật liệu mới được phát triển, bởi một nhóm các nhà khoa học quốc tế, bao gồm các nhà nghiên cứu từ Đại học Houston, tạo nên cột mốc quan trọng trong công nghệ lưu trữ năng lượng. Phát hiện này giúp cải thiện pin natri-ion hiệu quả hơn, cung cấp giải pháp thay thế bền vững, tiết kiệm chi phí so với công nghệ pin lithium.

Vật liệu mới, natri vanadi phosphate, công thức hóa học Na_xV₂(PO₄)₃, giúp tăng đáng kể hiệu suất của pin natri-ion, bằng cách tăng mật độ năng lượng của pin - lượng năng lượng lưu trữ trên một kilogram - lên hơn 15%.

Pin natri-ion cải tiến, với mật độ năng lượng là 458 Watt-giờ trên kilogram (Wh/kg), cao hơn so với 396 Wh/kg ở pin natri-ion cũ, có thể đáp ứng cho các ngành công nghiệp phụ thuộc vào hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn, như các nhà sản xuất năng lượng tái tạo, cơ sở lưu trữ điện, nhà sản xuất xe điện.

Pin natri-ion cải tiến cũng đưa công nghệ pin natri đến gần hơn khả năng cạnh tranh với pin lithium-ion. Pin lithium-ion, mặc dù phổ biến trong các thiết bị như điện thoại thông minh, ô tô điện, nhưng ngày càng có nhiều vấn đề do tính khan hiếm và chi phí cao.

Trong khi đó, natri rất dồi dào và tiết kiệm chi phí, rẻ hơn gần 50 lần so với lithium. Thậm chí, natri có thể thu hoạch từ nước biển, khiến nó trở thành một lựa chọn bền vững hơn nhiều cho việc lưu trữ năng lượng quy mô lớn, giúp giảm sự phụ thuộc vào lithium, đưa công nghệ pin dễ tiếp cận hơn trên toàn thế giới.

Các nhà nghiên cứu tạo ra một nguyên mẫu pin sử dụng vật liệu mới, Na_xV₂(PO₄)₃, chứng minh những cải tiến đáng kể về khả năng lưu trữ năng lượng. Trong đó, một thành phần có tên gọi là “chất dẫn siêu ion Na” (NaSICON), được thiết kế để đảm bảo các ion natri di chuyển trơn tru vào và ra khỏi pin trong quá trình sạc và xả.

Không giống như các vật liệu cũ, Na_xV₂(PO₄)₃ vẫn ổn định khi giải phóng hoặc hấp thụ các ion natri. Điều này cho phép NaSICON duy trì sự ổn định trong quá trình sạc và xả, trong khi cung cấp điện áp liên tục 3,7V, cải thiện đáng kể so với trước là 3,37V trong các vật liệu hiện có.

Các nhà nghiên cứu cho hay, mặc dù sự khác biệt này có vẻ nhỏ, nhưng nó làm tăng đáng kể mật độ năng lượng của pin hoặc lượng năng lượng mà pin có thể lưu trữ so với trọng lượng của nó. Sự tiến bộ này là do khả năng tồn tại ở nhiều trạng thái ổn định của vanadi, cho phép nó lưu trữ và giải phóng năng lượng hiệu quả.

Các nhà nghiên cứu tuyên bố rằng, ý nghĩa của công trình này vượt ngoài pin natri-ion. Phương pháp được sử dụng để tạo ra Na_xV₂(PO₄)₃ có thể áp dụng cho các vật liệu khác có tính chất hóa học tương tự, mở ra những khả năng mới cho các công nghệ lưu trữ năng lượng tiên tiến. Vật liệu này cho thấy pin natri-ion có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng cao trong khi vẫn tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường.