Công nghệ pin natri-ion mới tăng cường khả năng chi trả cho việc lưu trữ năng lượng xanh
Đồ họa trừu tượng. Nhà cung cấp hình ảnh: Aikai Yang, và cộng sự,
Để thúc đẩy công nghệ lưu trữ năng lượng, các nhà nghiên cứu đã phát triển chất điện phân rắn có độ dẫn ion cao cho pin natri-ion giúp tăng cường đáng kể hiệu suất ở nhiệt độ phòng. Sự phát triển này không chỉ mở đường cho các giải pháp lưu trữ năng lượng hiệu quả và giá cả phải chăng hơn mà còn tăng cường khả năng tồn tại của pin natri-ion như một giải pháp thay thế bền vững cho các hệ thống lithium-ion truyền thống.
Nhu cầu ngày càng tăng về năng lượng tái tạo nhấn mạnh nhu cầu về các giải pháp lưu trữ năng lượng hiệu quả và giá cả phải chăng. Pin natri thể rắn (SSSB) mang lại lợi thế về chi phí và an toàn đáng chú ý, đặc biệt đối với các ứng dụng lưới điện quy mô lớn.
Tuy nhiên, việc áp dụng rộng rãi chúng bị cản trở bởi những thách thức trong việc đạt được độ dẫn ion cao trong chất điện phân thể rắn, một yếu tố quan trọng để truyền và lưu trữ năng lượng hiệu quả, đồng thời là trọng tâm chính trong nghiên cứu công nghệ pin tiên tiến.
Một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí eScience, giới thiệu một chất điện phân thể rắn mới, Na4.92Y0.92Zr0.08Si4O12 (NYZS), chứng minh khả năng dẫn ion và độ ổn định điện hóa đặc biệt ở nhiệt độ phòng.
Vật liệu mới này tăng cường đáng kể khả năng dẫn ion hiệu quả ở nhiệt độ phòng, điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng lưu trữ năng lượng thực tế. Nhóm nghiên cứu đã đạt được bước đột phá này bằng cách thay thế một tỷ lệ nhỏ yttrium (Y) bằng zirconium (Zr) trong cấu trúc tinh thể của vật liệu hiện có, dẫn đến sự sắp xếp tối ưu tạo điều kiện cho các ion natri chuyển động dễ dàng hơn.
Phương pháp này dẫn đến sự gia tăng đáng kể độ dẫn ion, đạt tới 6,5 mS cm-1 đối với độ dẫn khối và 3,3 mS cm-1 đối với độ dẫn tổng ở nhiệt độ phòng. Những giá trị này đại diện cho một trong những giá trị cao nhất được ghi nhận đối với chất dẫn siêu ion natri cho đến nay.
NYZS không chỉ thể hiện độ dẫn ion cao mà còn thể hiện độ ổn định điện hóa vượt trội, chịu được điện áp trên 10 volt so với Na+/Na, do đó đảm bảo hoạt động của pin an toàn hơn trong nhiều điều kiện khác nhau.
Tiến sĩ Sylvio Indris, nhà nghiên cứu cấp cao tại Viện Công nghệ Karlsruhe (KIT) và là tác giả tương ứng của nghiên cứu, cho biết: "Chất điện phân rắn NYZS thể hiện một bước chuyển đổi trong quá trình phát triển công nghệ lưu trữ năng lượng dựa trên natri. Nó không chỉ hỗ trợ độ dẫn và độ ổn định vượt trội nhưng cũng tương thích với các quy trình sản xuất có thể mở rộng, khiến nó trở thành vật liệu đầy hứa hẹn cho các giải pháp lưu trữ năng lượng trong tương lai."
Nghiên cứu này thể hiện sự tiến bộ trong việc phát triển pin natri-ion để lưu trữ năng lượng cố định. Nó có thể tạo ra pin natri-ion ổn định và hiệu quả hơn, giảm sự phụ thuộc vào các vật liệu đắt tiền như lithium và coban, thường được sử dụng trong các công nghệ pin hiện tại.
