Mặc dù công nghệ pin natri-ion khó có thể thay thế đáng kể thị phần của pin lithium-ion, nhưng các cải tiến gần đây đã đưa pin natri-ion thành giải pháp khả thi cho một số ứng dụng chuyên biệt, có tiềm năng sử dụng rộng rãi hơn nếu chi phí trở nên cạnh tranh.

Cấu trúc cơ bản của pin natri-ion rất giống với pin lithium-ion, gồm điện cực dương, điện cực âm, chất điện phân và màng ngăn. Hiệu suất chu trình sạc/xả tương tự như pin lithium-ion ở mức trên 90%, nhưng kích thước hạt lớn hơn của natri dẫn đến pin natri-ion cồng kềnh và nặng hơn.

Hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) một giờ của Hithium là sản phẩm mới nhất được công bố, với pin natri-ion 162 Ah, có tuổi thọ 20.000 chu kỳ. Sản phẩm này ra mắt năm 2025 tại triển lãm RE+ ở Hoa Kỳ, được định vị để giải quyết phụ tải tăng đột biến ở các trung tâm dữ liệu, đồng thời mang lại tuổi thọ cao hơn.

Đầu năm 2025, CATL ra mắt pin natri-ion Naxtra nhắm vào thị trường xe điện, với mật độ năng lượng theo trọng lượng là 175 Wh/kg, rất gần mức trung bình của pin lithium sắt photphat (LFP), và tốc độ sạc ở mức 5 C. HiNa cũng ra mắt sản phẩm tương tự, mật độ năng lượng 165 Wh/kg.

Tuy nhiên, các loại pin LFP tiên tiến nhất có thể đạt tới 205 Wh/kg và sạc ở tốc độ 12 C. Điều này có nghĩa, ngay cả với các thông số mới, pin natri-ion vẫn cần phải rẻ hơn so với pin LFP trung bình và rẻ hơn đáng kể so với pin LFP tiên tiến nhất, để vượt qua được vị thế ở thị trường ngách.

Những thách thức phía trước

Mặc dù tương lai có tiềm năng giảm chi phí nhờ sử dụng nguyên liệu thô rẻ hơn nhưng việc thiếu quy mô sản xuất, ảnh hưởng đáng kể đến chi phí sản xuất pin natri-ion, ước tính hiện tại cao hơn ít nhất 30% so với pin lithium-ion. Natri carbonate sử dụng trong pin natri-ion rẻ hơn nhiều so với lithium carbonate.

Các vật liệu khác được sử dụng, chẳng hạn như nhôm cho bộ thu dòng điện thay vì đồng, cũng rẻ hơn. Tuy nhiên, để đạt được khả năng cạnh tranh về chi phí, sẽ cần đầu tư lớn và mở rộng quy mô sản xuất, điều mà nhu cầu hiện tại không hỗ trợ.

Lấy bối cảnh BESS, nhược điểm về chi phí hiện tại của pin natri-ion đi kèm các bất lợi khác, như mật độ năng lượng theo thể tích. Lấy hai sản phẩm hiện có làm ví dụ, hệ thống MC Cube dùng pin lithium-ion của BYD có dung lượng 6,4 MWh ở kích thước tương đương 20 feet, trong khi hệ thống tương tự từ cùng nhà cung cấp sử dụng pin natri-ion chỉ đạt 2,3 MWh. Sự chênh lệch này làm nổi bật các thách thức mà pin natri-ion phải đối mặt, vốn không cạnh tranh được về chi phí và mật độ năng lượng.

Nhưng không phải pin natri-ion chỉ có nhược điểm. Một trong những ưu điểm quan trọng nhất của nó là độ an toàn cao. Pin natri-ion ít bị hiện tượng quá nhiệt, rủi ro thường gặp ở pin lithium-ion, có thể dẫn đến cháy nổ. Các cải tiến gần đây dẫn đến sự phát triển các pin natri-ion có khả năng chịu được điều kiện khắc nghiệt mà không ảnh hưởng đến an toàn.

Ví dụ, pin natri-ion Naxtra của CATL đã chứng minh hiệu suất ấn tượng trong các thử nghiệm độ bền, cho thấy khả năng chịu đựng các điều kiện khắc nghiệt mà không bị thoát khí. Pin natri-ion cũng có khả năng chịu nhiệt độ khắc nghiệt tốt hơn pin lithium-ion, đây có thể là lợi thế quan trọng ở một số khu vực.

Ngoài yếu tố an toàn vật lý, pin natri-ion còn thể hiện yếu tố “an toàn” chuỗi cung ứng. Không như lithium, vốn chỉ tập trung ở một số quốc gia giàu lithium, như Australia, Chile, Argentina, natri có thể được sản xuất tổng hợp ở bất cứ đâu, loại bỏ các rủi ro liên quan đến sự gián đoạn chuỗi cung ứng và biến động giá cả.

Cạnh tranh gay gắt

Mặc dù có các lợi ích tiềm năng, pin natri-ion vẫn đối mặt với cạnh tranh gay gắt từ công nghệ pin lithium-ion đang tiếp tục phát triển nhanh chóng. Việc đầu tư vào nghiên cứu và phát triển pin lithium-ion vẫn vượt trội đáng kể so với pin natri-ion, khiến pin natri-ion khó có thể thu hẹp khoảng cách công nghệ so với pin lithium-ion.

Mặc dù pin natri-ion có thể tìm được chỗ đứng trong các ứng dụng cụ thể, có thể là pin khởi động cho xe khách, xe thương mại, hoặc trong các trường hợp lưu trữ năng lượng mà an toàn hoặc khả năng chịu nhiệt là ưu tiên hàng đầu, nhưng pin natri-ion khó có thể phá vỡ vị thế thống trị hiện nay của pin lithium-ion, vốn đang tiếp tục cải thiện về hiệu suất và chi phí nhanh hơn nhiều so với pin natri-ion hoặc bất kỳ công nghệ lưu trữ năng lượng nào khác.

Tương lai của pin natri-ion phụ thuộc vào việc vượt qua một số thách thức quan trọng. Đạt được khả năng cạnh tranh về chi phí và cải thiện mật độ năng lượng là điều tối quan trọng. Tiếp tục nghiên cứu và phát triển, thêm vào đó là mở rộng quy mô sản xuất để đạt hiệu quả kinh tế theo quy mô, sẽ là yếu tố thiết yếu để hiện thực hóa tiềm năng của công nghệ pin natri-ion.