Một nghiên cứu mới do Viện Công nghệ sinh học và năng lượng sinh học Thanh Đảo thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đứng đầu đã xác định những rủi ro an toàn đáng kể trong pin natri-ion (SIB), đặc biệt là khi so sánh với pin lithium-ion (LIB).
(a) So sánh các chế độ chạy trốn nhiệt trong các tế bào túi ion natri và ion lithium. (b) Sự tiến hóa của các ion kim loại kiềm trong các anot cacbon cứng và than chì. (c) So sánh các cụm natri với LiC 6 và các dạng kim loại tương ứng của chúng. Tín dụng: Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc
Được công bố trên Tạp chí Khoa học Năng lượng & Môi trường, nghiên cứu cho thấy SIB dễ bị mất kiểm soát nhiệt hơn so với giả định trước đây, thách thức nhận thức về tính an toàn của chúng mặc dù có lợi thế về chi phí và tài nguyên.
Trong thập kỷ qua, SIB đã đạt được mật độ năng lượng lên đến 160 Wh/kg và tuổi thọ chu kỳ vượt quá 4.000 chu kỳ sạc-xả. Bất chấp những tiến bộ này, vấn đề an toàn vẫn là mối quan tâm quan trọng. Nghiên cứu này làm nổi bật vai trò của các cụm natri trong anot cacbon cứng (HC), có thể gây ra hiện tượng mất kiểm soát nhiệt sớm. Các cụm này thể hiện hoạt động điện tử vượt trội hơn cả natri kim loại, tạo ra "bão điện tử" cục bộ bên trong pin.
Giáo sư Cui Guanglei, đồng tác giả của nghiên cứu, giải thích: "Khi pin đạt đến mức sạc quan trọng, các cụm natri sẽ hạ nhiệt độ bắt đầu tự làm nóng xuống mức thấp tới 92°C, kích hoạt hiện tượng mất kiểm soát nhiệt sớm hơn nhiều so với pin LIB". Các cụm này hoạt động như chất xúc tác, đẩy nhanh quá trình phân hủy chất điện phân và tăng cường hiện tượng mất kiểm soát nhiệt.
Sử dụng phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn (ssNMR), các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu các cụm natri ở quy mô lượng tử. Họ phát hiện ra rằng các cụm này thể hiện tính kim loại đáng kể, với nhiều electron dẫn ở mức năng lượng Fermi hơn natri kim loại khối, khiến chúng có phản ứng cao và tăng tốc độ mất kiểm soát nhiệt.
Không giống như LIB, nơi các phản ứng tỏa nhiệt không phụ thuộc vào trạng thái sạc (SOC), SIB biểu hiện sự phụ thuộc mạnh mẽ giữa thời điểm bắt đầu phản ứng và SOC. Các cụm natri hình thành ở SOC cao, làm giảm nhiệt độ bắt đầu để tự làm nóng trước khi phân hủy SEI thường thấy ở LIB. Nghiên cứu cho thấy rằng ngay cả trong quá trình hoạt động bình thường, SIB có thể phải đối mặt với các rủi ro về an toàn tương đương với những rủi ro liên quan đến mạ natri trong pin sạc quá mức.
Những phát hiện này thu hẹp khoảng cách kiến thức quan trọng trong việc hiểu mối liên hệ giữa an toàn tế bào và môi trường lưu trữ natri. Nhóm nghiên cứu cho rằng việc thay thế chất điện phân lỏng bằng vật liệu rắn có thể làm giảm đáng kể rủi ro mất kiểm soát nhiệt, mang lại giải pháp thay thế an toàn hơn cho việc lưu trữ năng lượng trong tương lai.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
