Một bước tiến lớn trong công nghệ lưu trữ năng lượng vừa được các nhà nghiên cứu tại Trung Quốc công bố trên tạp chí khoa học Nano-Micro Letters. Theo đó, nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Đông Nam, kết hợp cùng Công ty Công nghệ Pin HiNa và Đại học Dương Châu đã phát triển thành công một loại chất điện phân trạng thái bán rắn mới dành cho pin natri kim loại. Công nghệ này không chỉ giúp pin sạc nhanh hơn, kéo dài tuổi thọ mà còn nâng cao độ an toàn tối đa.
Sự ra đời của pin natri đang thu hút sự chú ý rất lớn như một giải pháp thay thế chi phí thấp cho hệ thống lithium-ion truyền thống nhờ nguồn nguyên liệu dồi dào, ít bị ảnh hưởng bởi chuỗi cung ứng, nhưng thách thức sạc nhanh mà không giảm tuổi thọ nay mới được giải quyết.
Ảnh minh họa.
Bí mật của đột phá này nằm ở chất điện phân dung môi kép sử dụng sự kết hợp giữa các ion thiếc Sn2 và các ion difluoro(oxalato)borate DFOB– để điều hòa cấu trúc vật liệu. Khác với các chất điện phân bán rắn thông thường chỉ đạt số chuyển vận ion natri từ 0,4 - 0,7 làm hạn chế hiệu suất, chất điện phân mới đạt số chuyển vận lên tới 0,94 và duy trì độ dẫn ion ở mức 1,3 mS cm⁻¹. Nhờ DFOB– làm suy yếu tương tác mạng lưới polymer, tốc độ khuếch tán của ion natri nhanh gấp 6 lần chất điện phân lỏng thông thường. Trong quá trình vận hành, chất này tự hình thành các lớp bảo vệ "khóa kép" trên cả hai điện cực: ion thiếc tạo bề mặt giàu hợp kim natri-thiếc ở cực anode giúp tích tụ natri đồng đều; còn ở cực cathode, DFOB– tạo lớp màng bền bỉ ngăn chất điện phân phân hủy. Thiết kế này giúp ức chế hoàn toàn các nhánh tinh thể kim loại dạng kim gây đoản mạch và hỏng pin.
Kết quả thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy hiệu suất thuộc hàng mạnh mẽ nhất từng được ghi nhận. Các tế bào pin đối xứng natri đã hoạt động bền bỉ suốt 6.000 giờ mà không gặp sự cố liên quan đến nhánh tinh thể. Khi kết hợp với cực cathode natri vanadi phốt phát, pin đạt tốc độ sạc siêu nhanh tương đương với việc sạc đầy chỉ trong khoảng 4 phút. Đáng chú ý, các tế bào pin vẫn giữ được tới 90% dung lượng sau 2.000 chu kỳ sạc-xả ở tốc độ cao 3C, đồng thời duy trì sự ổn định lên tới 4,7 volt. Vượt ra khỏi quy mô thử nghiệm cúc áo, các viên pin túi không áp suất vẫn hoạt động bình thường khi bị gập lại nhiều lần và hoàn toàn đủ khả năng cấp nguồn cho một chiếc điện thoại thông minh.
Công nghệ điện phân tiên tiến giúp pin natri sạc nhanh hơn và có tuổi thọ cao hơn.
Tóm lại, sự thành công của loại chất điện phân bán rắn mới này đã mở ra một chương mới đầy triển vọng cho công nghệ pin natri kim loại giá rẻ. Với những thông số kỷ lục về tốc độ sạc chớp mắt, khả năng chống đoản mạch và độ bền uốn gập ấn tượng, giải pháp này không chỉ giải quyết được bài toán nguồn cung mà còn có thể mở rộng sang cả pin lithium và kali, hứa hẹn tạo nên một cuộc cách mạng năng lượng toàn diện trong tương lai gần.
An An - IE
