Nhóm nghiên cứu tạo ra pin Na không có cực dương với mật độ năng lượng cao và tuổi thọ chu kỳ dài
Hình ảnh minh họa cách hoạt động của pin Natri do các nhà nghiên cứu phát triển. Các pin có giao diện hợp tác sử dụng một lớp phủ carbon graphit làm bộ thu dòng điện và BPG làm chất điện phân. Ảnh: Li et al
Trong những năm gần đây, các kỹ sư trên toàn thế giới đã cố gắng phát minh ra các công nghệ lưu trữ năng lượng và pin mới bền vững hơn và tiết kiệm chi phí hơn. Một trong những giải pháp thu hút sự quan tâm đặc biệt là công nghệ pin dựa trên natri.
Pin natri-ion có thể có nhiều lợi thế hơn so với các loại pin dựa trên lithium thông thường và được sử dụng rộng rãi. Đáng chú ý nhất, vì natri có nhiều trên hành tinh của chúng ta và có thể dễ dàng tìm thấy, chúng có thể có giá cả phải chăng và dễ sản xuất trên quy mô lớn.
Bất chấp những ưu điểm có thể có của chúng, hầu hết các loại pin natri-ion được phát triển cho đến nay đều có mật độ năng lượng thấp, do kích thước nguyên tử tương đối lớn của natri và trọng lượng đáng kể của nó. Thông thường, những loại pin này có mật độ năng lượng dưới 160 Wh kg-1, thấp hơn đáng kể so với pin lithium-ion.
Các nhà nghiên cứu tại Học viện Khoa học Trung Quốc, Công ty Công nghệ Pin HiNa, Trung tâm Nghiên cứu Vật lý Đồng bằng Sông Dương Tử và Viện Công nghệ Lưu trữ Năng lượng Tiên tiến Hồ Thiên Mục gần đây đã đưa ra một chiến lược thiết kế để đạt được pin natri-ion với mật độ năng lượng cao hơn. Cách tiếp cận của họ, được giới thiệu trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature Energy, đòi hỏi sự ra đời của một lớp phủ than chì bên trong pin, đặc biệt là trên bộ thu dòng điện bằng nhôm.
Các nhà nghiên cứu viết trong bài báo: “Chúng tôi báo cáo một pin Na không có anốt ban đầu có mật độ năng lượng trên 200 Wh kg-1, thậm chí còn cao hơn so với pin graphite LiFePO4 || thương mại”. "Thông qua việc giới thiệu lớp phủ carbon graphit trên bộ thu dòng Al và các chất điện phân chứa boron trong pin, chúng tôi cho thấy rằng sự tạo mầm đồng đều và sự xen kẽ mạnh mẽ cho phép quá trình lắng đọng Na thuận nghịch và không bị nứt."
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng chiến lược thiết kế của mình để chế tạo pin natri không có anốt. Những viên pin này được chế tạo bằng phương pháp kỹ thuật giao diện và mỗi loại đều bao gồm một chất điện phân gốc bo, một bộ thu dòng điện bằng than chì và một cực âm ôxít phân lớp.
Sau đó, họ đánh giá pin của mình trong một loạt các bài kiểm tra và nhận thấy rằng chúng có mật độ năng lượng đáng kể khi so sánh với công nghệ pin dựa trên natri khác. Ngoài ra, pin của họ có tuổi thọ chu kỳ dài, điều này cho thấy rằng chúng có thể hoạt động đáng tin cậy trong thời gian dài.
Các nhà nghiên cứu cho biết thêm: "Hưởng lợi từ các hiệu ứng tổng hợp có được từ các giao diện hợp tác được xây dựng, tuổi thọ chu kỳ của pin Na mà không cần áp dụng thêm áp lực đạt tới 260 chu kỳ, đây là tuổi thọ lâu nhất đối với các tế bào kích thước lớn không có Na dư thừa", các nhà nghiên cứu cho biết thêm trong bài báo của họ . "Những hiểu biết thu được từ hành vi mạ / tước Na và hóa học bề mặt trong công trình này mở đường cho sự phát triển hơn nữa của pin Na với hiệu suất cao hơn nữa."
Các kết quả ban đầu do nhóm các nhà nghiên cứu thu thập được nêu bật lời hứa về thiết kế của họ trong việc tạo ra pin dựa trên natri có thể được giới thiệu trên quy mô lớn trong môi trường thực tế. Trong tương lai, bài báo của họ có thể truyền cảm hứng cho các nhóm khác thử nghiệm các chiến lược thiết kế tương tự, cuối cùng mở đường cho việc chế tạo các giải pháp pin natri-ion mới và có thể thực hiện được.
