3 lý do vì sao pin natri-ion có thể vượt mặt lithium

Pin lithium-ion đã đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển xe điện và chúng ta rất yêu thích điều đó. Nhưng đồng thời, lithium cũng đắt đỏ trong việc sản xuất, không ổn định ở nhiệt độ cao, và là nguồn tài nguyên hữu hạn với vấn đề cung ứng thường xuyên gặp phải.

Các nhà nghiên cứu và nhà sản xuất pin đã tích cực tìm kiếm một sự thay thế bền vững hơn. Một lựa chọn thú vị mà họ đã khám phá là một nguyên tố hóa học khác: natri.

Tại sao lithium luôn chiếm ưu thế

Lithium và natri là hàng xóm trong bảng tuần hoàn, điều này ngụ ý rằng chúng cung cấp các đặc tính tương tự và đều có thể được sử dụng làm tảo điện trong ổn cực của pin.

Tuy nhiên, mỗi ion natri lớn hơn so với ion lithium tương đương. Kết quả là, các nhà nghiên cứu pin đã gặp khó khăn trong việc sản xuất tảo dương - điện cực/terminal tích điện dương của pin - có thể hấp thụ đủ ion natri để cung cấp mật độ năng lượng cần thiết để cung cấp điện cho một ổn cực pin dựa trên natri đủ năng lượng để vận hành một xe điện.

Ngoài ra, lithium là kim loại ít mật độ nhất được biết đến trong khoa học, điều này khiến nó mặc định nhẹ hơn natri. Với việc trọng lượng là yếu tố quyết định trong việc tiêu thụ năng lượng của xe điện và theo đó là quãng đường đi được, ion natri nặng hơn đã trở nên ít thích hợp hơn.

Ba lý do tại sao natri vẫn thu hút sự quan tâm

1. Nó phong phú

Natri là một nguyên tố phổ biến thường được khai thác từ tro than, nhưng nó có thể được tìm thấy ở bất cứ đâu, kể cả trong nước biển - và chúng ta có rất nhiều nó.

Theo Viện Faraday, natri là nguyên tố phổ biến thứ bảy và phổ biến hơn lithium 1.200 lần, trong khi phân bố đều hơn trên toàn thế giới. 

2. Nó rẻ hơn

Sự phong phú của natri tự nhiên làm cho nó trở thành một lựa chọn giá rẻ hơn. Nó cũng tốn ít chi phí để chiết xuất và làm sạch nó.

Ngoài ra, các ô natri-ion có thể được sản xuất với các kim loại phong phú như sắt và mangan. Ngược lại, pin lithium-ion đòi hỏi coban, một kim loại có dự trữ địa chất hạn chế cũng là phần đắt đỏ nhất của pin, được định giá khoảng 28.500 USD mỗi tấn.

Ngoài ra, các ô natri có thể được sản xuất bằng cách sử dụng thiết bị pin hiện có, vì vậy chúng sẽ không đòi hỏi việc thiết kế lại tốn kém để sản xuất.

3. Nó an toàn hơn

Pin natri không chỉ hoạt động tốt hơn ở phạm vi nhiệt độ rộng hơn (đặc biệt là ở môi trường lạnh), nhưng còn không cháy và không có hiện tượng lan truyền nhiệt — điều thường gây ra việc pin lithium-ion bị cháy. 

Rủi ro an toàn cũng giảm trong quá trình vận chuyển. Các nhà sản xuất có thể vận chuyển pin natri-ion với các terminal pin được kết nối trực tiếp và điện áp giữ ở mức không.

Ngược lại, pin lithium-ion cần được vận chuyển ở trạng thái sạc một phần để tránh sự tan rã của bộ sưu tập dẫn điện đồng mà chúng chứa, điều này tăng nguy cơ cháy.

Ví dụ tốt nhất về pin natri-ion cho ô tô điện mà chúng ta có cho đến nay

Vào tháng 7, công ty pin Trung Quốc CATL giới thiệu pin natri-ion thế hệ đầu tiên của mình, với kế hoạch tăng cường chuỗi cung ứng natri vào năm 2023.

Sản phẩm của CATL dự kiến có mật độ năng lượng là 160Wh/kg và sẽ mất 15 phút để đạt 80% sạc. Điều đó thực tế là tương đương với pin lithium-ion hiện có trên thị trường, dao động từ 140 Wh/kg đến 240Wh/kg ở các loại cao cấp nhất. 

Công ty cũng có kế hoạch sử dụng giải pháp bộ pin AB của mình, sẽ tích hợp cả ô natri-ion và lithium-ion.

Tóm lại, pin natri-ion có thể cung cấp ba ưu điểm quan trọng mà các nhà sản xuất ô tô điện và người tiêu dùng đang tìm kiếm: bền vững, chi phí thấp và tăng cường an toàn.

Có thể chúng vẫn kém hơn so với pin lithium về trọng lượng và mật độ năng lượng, nhưng tôi lạc quan rằng nghiên cứu tiếp theo sẽ khiến chúng trở thành một lựa chọn thay thế khả thi.

HT — Wired, Just Auto, Grepow, Bloomberg