Pin natri thể rắn có triển vọng thay thế cho các loại pin lithium

Các nhà nghiên cứu đã phát triển pin natri thể rắn hoàn toàn, duy trì hiệu suất ở nhiệt độ dưới 0 độ C. Được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học California, San Diego, loại pin này có thể giúp thay thế các thiết bị năng lượng sử dụng lithium.

Các nhà nghiên cứu cũng tiết lộ rằng natri là một giải pháp thay thế rẻ tiền, dồi dào và ít gây hại hơn, nhưng pin thể rắn hoàn toàn mà họ tạo ra hiện nay không hoạt động tốt ở nhiệt độ phòng.

ucsd-jacobsschool-2407-meng-lab-deysher-grayson-06232-8mp-1380px.jpg — Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Giáo sư Y. Shirley Meng, Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker thuộc Đại học Chicago.

Các kỹ sư đã nung nóng một dạng natri hydridoborate bán bền đến điểm nó bắt đầu kết tinh, sau đó làm lạnh nhanh để ổn định cấu trúc tinh thể về mặt động học. Đây là một kỹ thuật đã được công nhận rộng rãi, nhưng trước đây chưa từng được áp dụng cho chất điện phân rắn.

Theo các nhà nghiên cứu, sự quen thuộc đó có thể giúp biến đổi mới trong phòng thí nghiệm này thành một sản phẩm thực tế trong tương lai.

Giáo sư Y. Shirley Meng, Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker thuộc Đại học Chicago (UChicago PME - Mỹ) cho biết: '"Vấn đề không phải là natri so với lithium, chúng ta cần cả hai. Khi chúng ta nghĩ về các giải pháp lưu trữ năng lượng trong tương lai, chúng ta nên hình dung cùng một nhà máy khổng lồ có thể sản xuất các sản phẩm dựa trên cả hóa chất lithium và natri. Nghiên cứu mới này đưa chúng ta đến gần hơn với mục tiêu cuối cùng đó đồng thời thúc đẩy khoa học cơ bản trên con đường này."

Nhóm nghiên cứu cũng nhấn mạnh rằng hóa chất natri rất hấp dẫn, nhưng chất điện phân rắn natri lại cho thấy độ dẫn ion ở nhiệt độ phòng hạn chế.

Công trình của nhóm UC San Diego kết hợp dữ liệu tính toán và thực nghiệm để đánh giá tính siêu bền của natri hydridoborat và chứng minh rằng quá trình làm lạnh nhanh từ chế độ kết tinh sẽ khóa động học pha trực thoi với khả năng di chuyển Na+ nhanh.

Pin natri thể rắn mang lại kỳ vọng cho một giải pháp năng lượng ít ô nhiễm môi trường hơn.

Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng khi kết hợp với catốt phủ chất điện phân rắn gốc clorua, pha siêu bền này cho phép tạo ra catốt composite dày, tải diện tích cao, duy trì hiệu suất ở nhiệt độ dưới 0 độ C.

"Vì nguyên lý cơ bản là ổn định động học của khung anion thuận lợi cho quá trình khuếch tán, nên phương pháp này có thể chuyển giao cho các hydridoborat liên quan và các hóa chất cụm anion khác. Công trình này cung cấp một chiến lược thiết kế thực tế và hướng dẫn xử lý cho các chất điện phân rắn hiệu suất cao" báo cáo của nhóm cho biết.

Đồng tác giả Sam Oh của Viện Nghiên cứu và Kỹ thuật Vật liệu A*STAR tại Singapore tuyên bố rằng nghiên cứu này giúp đưa natri vào một sân chơi bình đẳng hơn với lithium về hiệu suất điện hóa.

"Bước đột phá mà chúng tôi đạt được là chúng tôi thực sự đang ổn định một cấu trúc bán bền chưa từng được báo cáo. Cấu trúc bán bền này của natri hydridoborate có độ dẫn ion rất cao, cao hơn ít nhất một bậc so với độ dẫn ion được báo cáo trong tài liệu, và cao hơn ba đến bốn bậc so với chính tiền chất."

Nghiên cứu này mang lại triển vọng cho việc sử dụng nguyên liệu đầu vào rẻ tiền và dễ tìm hơn nhiều lần so với lithium. Nhiều năm nay, cùng với sự phát triển của các thiết bị số cầm tay, nhân loại đang phải đánh đổi rất lớn về môi trường khi khai thác và tinh chế lithium.