Các nhà nghiên cứu phát triển pin natri-không khí ở trạng thái rắn năng lượng cao, hiệu suất cao
của Đại học Khoa học và Công nghệ Pohang
Hình minh họa mô tả một trạm sạc xe điện được cấp nguồn bằng pin natri-không khí ở trạng thái rắn năng lượng cao, hiệu suất cao. Tín dụng: POSTECH
Một nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công pin natri-không khí ở trạng thái rắn năng lượng cao, hiệu suất cao. Loại pin này có thể sử dụng ngược lại natri (Na) và không khí mà không cần thiết bị đặc biệt. Nhóm nghiên cứu được dẫn đầu bởi Giáo sư Byoungwoo Kang và Tiến sĩ Heetaek Park từ Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Pohang (POSTECH).
Những phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.
Pin thứ cấp được sử dụng rộng rãi trong các công nghệ xanh như xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng. Pin thứ cấp dung lượng cao thế hệ tiếp theo, được gọi là "pin kim loại-không khí", lấy năng lượng từ các nguồn tài nguyên dồi dào như oxy và kim loại được tìm thấy trên Trái đất. Tuy nhiên, thách thức nảy sinh từ việc hình thành cacbonat—sản phẩm phụ của phản ứng kim loại và oxy liên quan đến CO2 trong khí quyển (CO2) và hơi nước (H2O)—làm giảm hiệu suất của pin.
Để giải quyết vấn đề này, bất chấp tên gọi, pin kim loại-không khí thường yêu cầu thiết bị bổ sung như màng thấm oxy để lọc oxy hoặc sử dụng có chọn lọc oxy trong khí quyển.
Trong nghiên cứu này, nhóm đã sử dụng Nasicon, một chất dẫn siêu ion Na và một chất điện phân rắn, để giải quyết hiệu quả vấn đề cacbonat. Nasicon, bao gồm các nguyên tố như Na, silicon (Si) và zirconium (Zr), đóng vai trò là chất điện phân rắn có khả năng chuyển động ion ở trạng thái rắn đồng thời thể hiện tính ổn định điện hóa và hóa học cao.
Tận dụng chất điện phân rắn này, nhóm nghiên cứu đã bảo vệ các điện cực kim loại natri khỏi không khí và tạo điều kiện cho sự phân hủy cacbonat hình thành trong quá trình vận hành tế bào điện hóa.
Do đó, phản ứng điện hóa thuận nghịch liên quan đến cacbonat đã dẫn đến sự gia tăng mật độ năng lượng của tế bào bằng cách tăng điện áp làm việc đồng thời giảm đáng kể khoảng cách điện áp trong quá trình sạc và xả, do đó nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng.
Hơn nữa, tế bào natri-không khí ở trạng thái rắn của nhóm nghiên cứu thể hiện khả năng động học vượt trội thông qua catholyte được hình thành tại chỗ, chất này có khả năng dẫn ion natri nhanh vào bên trong điện cực. Đáng chú ý là tế bào này chỉ hoạt động bằng kim loại và không khí mà không cần thêm thiết bị đặc biệt dành cho thiết bị lọc oxy bổ sung.
Giáo sư Kang, người đứng đầu nghiên cứu, nhận xét: “Chúng tôi đã nghĩ ra phương pháp khai thác cacbonat, một thách thức lâu dài trong việc phát triển pin kim loại-không khí năng lượng cao. Chúng tôi hy vọng sẽ dẫn đầu lĩnh vực kim loại ở trạng thái rắn thế hệ tiếp theo”. -pin không khí, tận dụng nền tảng tế bào dựa trên chất điện phân rắn, duy trì ổn định trong điều kiện môi trường xung quanh và cung cấp dải điện áp rộng."
