Dù pin lithium-ion có thể ứng dụng cho nhiều thiết bị, từ điện thoại thông minh đến ô tô điện, tương lai của nó vẫn tiềm ẩn nhiều nguy cơ do lithium khá khan hiếm và đắt đỏ. Vì vậy, các nhà khoa học đang nỗ lực tìm kiếm chất liệu thay thế khả thi.

Nhóm nghiên cứu ở Phòng thí nghiệm Canepa, Đại học Houston, đã hợp tác với hai nhóm nghiên cứu Pháp ở Đại học Picardie Jules Verne và Đại học Bordeaux phát triển pin natri-ion mới hoạt động hiệu quả và sử dụng nguồn tài nguyên dồi dào sẵn có. Bước đột phá này có thể biến pin natri-ion thành giải pháp thay thế pin lithium-ion.

Họ đã tạo ra nguyên mẫu pin sử dụng vật liệu mới natri vanadi photphat, có công thức hóa học là NaxV2(PO4)3, và chứng minh được vật liệu này mang lại sự cải thiện đáng kể trong khả năng lưu trữ năng lượng. Cụ thể, NaxV2(PO4)3 giúp tăng mật độ năng lượng lưu trữ trên mỗi kg thêm hơn 15%. Với mật độ năng lượng hơn 458 Wh/kg so với 396 Wh/kg ở pin natri-ion thế hệ cũ, NaxV2(PO4)3 mang đến cho công nghệ natri cơ hội cạnh tranh với pin lithium-ion.

“Natri rẻ hơn lithium gần 50 lần và có thể điều chế từ nước biển, nên nó là lựa chọn bền vững hơn cho việc lưu trữ năng lượng quy mô lớn," PGS Pieremanuele Canepa, trưởng nhóm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Canepa, giải thích. "Pin natri-ion không chỉ rẻ hơn mà còn dễ sản xuất, giúp giảm phụ thuộc vào lithium và mở rộng khả năng tiếp cận công nghệ pin trên toàn thế giới.”

Pin natri-ionhiện nay. Ảnh: iStock

NaxV2(PO4)3 thuộc nhóm vật liệu Natri siêu dẫn ion (Na superionic conductors), với các ion natri dễ dàng di chuyển vào và ra khỏi pin trong quá trình sạc và xả. Khác với các vật liệu hiện có, NaxV2(PO4)3 có cách xử lý natri đặc biệt, cho phép nó hoạt động như một hệ thống đơn pha, trong đó vật liệu giữ được trạng thái ổn định, không chuyển sang các trạng thái (pha) khác, chẳng hạn như từ rắn sang lỏng. Điều này có nghĩa là NaxV2(PO4)3 không thay đổi trạng thái trong suốt quá trình sạc và xả, giúp pin trữ và giải phóng nhiều năng lượng hơn.

Nghiên cứu mới không chỉ có ý nghĩa với pin natri-ion. Có thể áp dụng phương pháp tổng hợp được sử dụng để tạo ra NaxV2(PO4)3 cho các vật liệu khác có tính chất hóa học tương tự, mở ra các công nghệ lưu trữ năng lượng tiên tiến có giá cả phải chăng và bền vững hơn.

"Vật liệu này đã chứng minh pin natri-ion có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng cao của công nghệ hiện đại mà vẫn tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường," Canepa nói.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Materials.

Nguồn: