Pin natri-ion có thể cung cấp năng lượng xanh hơn

Pin natri-ion có thể là câu trả lời cho tương lai của việc lưu trữ năng lượng bền vững và có thể được sử dụng để tạo ra nước uống từ nước biển.

Các nhà khoa học tại Đại học Surrey đã phát hiện ra một cách đơn giản để tăng hiệu suất của pin – bằng cách để nước bên trong một bộ phận quan trọng thay vì tháo nó ra.

Không giống như công nghệ lithium-ion hiện đang thống trị thị trường lưu trữ năng lượng và phụ thuộc vào các vật liệu đắt tiền, gây hại cho môi trường, natri dồi dào và phổ biến rộng rãi hơn nhiều. Tuy nhiên, việc phát triển pin natri-ion có thể cạnh tranh về hiệu suất vẫn là một thách thức.

Trong một nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Hóa học Vật liệu ACác nhà nghiên cứu trình bày chi tiết cách vật liệu gốc natri hiện có, natri vanadi oxit, có thể hoạt động tốt hơn đáng kể khi nước chứa trong nó tự nhiên không bị loại bỏ.

Vật liệu này – được gọi là natri vanadate hydrat (NVOH) có cấu trúc nano – cho thấy hiệu suất tăng đáng kể, lưu trữ nhiều điện tích hơn, sạc nhanh hơn nhiều và duy trì ổn định trong hơn 400 chu kỳ sạc.

Trong các thử nghiệm, phiên bản ‘ướt’ của vật liệu có thể chứa điện tích gần gấp đôi so với vật liệu natri-ion thông thường, khiến nó trở thành một trong những cực âm hoạt động tốt nhất được báo cáo cho đến nay.

Tiến sĩ Daniel Commandeur, Nghiên cứu viên tại Trường Hóa học và Kỹ thuật Hóa học thuộc Đại học Surrey, đồng thời là tác giả chính của bài báo, cho biết: “Kết quả của chúng tôi hoàn toàn bất ngờ. Natri vanadi oxit đã xuất hiện trong nhiều năm và người ta thường xử lý nhiệt nó để loại bỏ nước vì nó được cho là gây ra vấn đề. Chúng tôi quyết định thách thức giả định đó và kết quả tốt hơn nhiều so với chúng tôi dự đoán. Vật liệu này cho thấy hiệu suất và độ ổn định mạnh hơn nhiều so với mong đợi và thậm chí có thể tạo ra những khả năng mới thú vị.” về cách sử dụng những loại pin này trong tương lai.”

Nhóm nghiên cứu cũng đã thử nghiệm cách vật liệu hoạt động trong nước muối – một trong những môi trường thách thức nhất có thể. Kết quả cho thấy nó không chỉ tiếp tục hoạt động hiệu quả mà còn loại bỏ natri khỏi dung dịch trong khi điện cực than chì chiết xuất clorua – một quá trình được gọi là khử muối điện hóa.

Commandeur cho biết: “Có thể sử dụng natri vanadate hydrat trong nước muối là một khám phá thực sự thú vị, vì nó cho thấy pin natri-ion có thể làm được nhiều việc hơn là chỉ lưu trữ năng lượng – chúng còn có thể giúp loại bỏ muối khỏi nước”. “Về lâu dài, điều đó có nghĩa là chúng tôi có thể thiết kế các hệ thống sử dụng nước biển như một chất điện phân hoàn toàn an toàn, miễn phí và dồi dào, đồng thời sản xuất nước ngọt như một phần của quy trình.”

Bước đột phá này có thể đẩy nhanh quá trình phát triển pin natri-ion như một giải pháp thay thế khả thi cho công nghệ dựa trên lithium hiện tại.

Sử dụng vật liệu dồi dào, chi phí thấp giúp những loại pin này an toàn hơn và bền vững hơn, với các ứng dụng tiềm năng từ lưu trữ năng lượng tái tạo trên lưới điện đến cung cấp năng lượng cho xe điện.

Cách tiếp cận của nhóm Surrey cũng đơn giản hóa cách chế tạo pin natri hiệu suất cao, giúp đưa việc lưu trữ năng lượng hiệu quả về mặt thương mại, quy mô lớn đến gần hơn một bước.

Chú thích hình ảnh: iStock.com/Eoneren