Tin thị trường và sản phẩm

Bảo Hiền tổng hợp

Các nhà khoa học tại Đại học Surrey (Anh) vừa công bố một phát hiện đi ngược lại thông lệ lâu nay trong ngành sản xuất pin: thay vì loại bỏ nước có sẵn trong vật liệu điện cực như cách làm tiêu chuẩn, việc giữ nguyên lượng nước đó lại giúp cải thiện đáng kể hiệu năng của pin natri-ion - đồng thời mở ra khả năng dùng chính vật liệu pin này để khử mặn nước biển.

Vật liệu quen thuộc, cách tiếp cận trái ngược thông lệ

Nhóm nghiên cứu tập trung vào sodium vanadium oxide (oxit vanadi natri) - một hợp chất gốc natri đã được biết đến và nghiên cứu trong nhiều năm. Theo thông lệ sản xuất tiêu chuẩn, vật liệu này thường được xử lý nhiệt để loại bỏ lượng nước tồn tại tự nhiên trong cấu trúc, do giới khoa học từ trước đến nay vẫn cho rằng nước sẽ gây ra vấn đề cho hiệu năng pin.

Tiến sĩ Daniel Commandeur, nghiên cứu viên tại Khoa Hóa học và Kỹ thuật Hóa học, Đại học Surrey - tác giả chính của nghiên cứu công bố trên tạp chí Journal of Materials Chemistry A - cho biết: "Kết quả của chúng tôi hoàn toàn nằm ngoài dự đoán. Oxit vanadi natri đã xuất hiện từ nhiều năm nay, và người ta thường xử lý nhiệt để loại bỏ nước vì cho rằng nó gây ra vấn đề. Chúng tôi quyết định thách thức giả định đó, và kết quả tốt hơn nhiều so với những gì chúng tôi kỳ vọng." Theo ông, vật liệu giữ nguyên nước - gọi là sodium vanadate hydrate cấu trúc nano (NVOH) - thể hiện hiệu năng và độ ổn định mạnh mẽ hơn hẳn dự kiến, đồng thời mở ra những khả năng ứng dụng mới thú vị cho loại pin này trong tương lai.

Kết quả cụ thể: dung lượng gần gấp đôi, sạc nhanh hơn, ổn định qua nhiều chu kỳ

So với đối chứng là phiên bản đã được sấy khô theo quy trình truyền thống, vật liệu NVOH giữ nguyên nước cho thấy khả năng lưu trữ điện tích cao hơn đáng kể - gần gấp đôi so với các vật liệu cathode natri-ion tiêu chuẩn khác - đồng thời có tốc độ sạc nhanh hơn. Vật liệu này cũng duy trì được độ ổn định qua hơn 400 chu kỳ sạc-xả, cho thấy đây không chỉ là hiệu ứng nhất thời mà là đặc tính bền vững có thể khai thác trong thực tế.

Vận hành được cả trong nước mặn, kiêm khử mặn nước biển

Điểm bất ngờ thứ hai của nghiên cứu đến từ thử nghiệm vật liệu này trong môi trường nước muối - một trong những điều kiện khắc nghiệt nhất đối với hệ thống pin. Không chỉ tiếp tục hoạt động hiệu quả, vật liệu còn đồng thời loại bỏ được ion natri khỏi dung dịch nước muối, trong khi một điện cực graphite đi kèm chiết xuất ion clorua - một quá trình được gọi là khử mặn bằng điện hóa (electrochemical desalination).

Theo Tiến sĩ Commandeur, việc có thể sử dụng sodium vanadate hydrate trong nước mặn là một phát hiện rất đáng chú ý, vì nó cho thấy pin natri-ion có thể làm được nhiều hơn là chỉ lưu trữ năng lượng đơn thuần - chúng còn có thể góp phần loại bỏ muối khỏi nước.

Ứng dụng tiềm năng: bổ trợ chứ không thay thế lithium-ion

Không giống công nghệ lithium-ion hiện đang thống trị thị trường lưu trữ năng lượng nhưng phụ thuộc vào các vật liệu đắt đỏ và gây tác động môi trường, natri là nguyên tố dồi dào và dễ tiếp cận hơn nhiều. Tuy nhiên, việc phát triển pin natri-ion có thể cạnh tranh về hiệu năng với lithium-ion từ trước đến nay vẫn là một thách thức lớn.

Nếu vượt qua được các rào cản kỹ thuật còn lại, giới kỹ sư kỳ vọng pin natri-ion sẽ đóng vai trò bổ trợ thay vì thay thế hoàn toàn lithium-ion, phù hợp với các ứng dụng ưu tiên yếu tố chi phí hơn là mật độ năng lượng tối đa - như hệ thống lưu trữ năng lượng tái tạo quy mô lưới điện hay nguồn điện dự phòng. Khả năng khử mặn bổ sung có thể khiến công nghệ này đặc biệt giá trị đối với các dự án năng lượng tái tạo ven biển - nơi hệ thống vừa có thể lưu trữ điện từ năng lượng mặt trời hoặc gió, vừa cung cấp nước sạch cho cộng đồng địa phương.