Đã có những tiến bộ mới trong việc nghiên cứu và phát triển công nghệ pin natri-ion thể rắn.
Vào ngày 19/12, Đại học Maryland thông báo rằng một nhóm nghiên cứu do Eric Wachsman, giáo sư tại Viện Đổi mới Năng lượng của trường, dẫn đầu, đã phát triển kiến trúc pin natri-ion thể rắn mới có hiệu suất vượt trội so với pin natri-ion hiện tại.
Nó sử dụng chất điện phân rắn gốm ổn định hơn, ít bắt lửa và an toàn hơn chất điện phân lỏng. Nó sử dụng kim loại natri làm điện cực âm, cho phép pin đạt được mật độ năng lượng cao hơn.
Pin natri-ion hoạt động theo nguyên tắc tương tự như pin lithium-ion, chủ yếu dựa vào sự chuyển động của các ion natri giữa các điện cực dương và âm. So với pin lithium-ion, pin natri-ion có ưu điểm là trữ lượng tài nguyên dồi dào và chi phí thấp nhưng lại thua xa pin lithium-ion về mật độ năng lượng.
Pin natri-ion và pin lithium-ion chủ yếu sử dụng chất điện phân lỏng, dễ xảy ra các vấn đề như rò rỉ và cháy nổ. Sử dụng chất điện phân rắn thay vì chất điện phân lỏng hữu cơ dễ cháy có thể cải thiện hiệu quả độ an toàn của pin. Loại pin này còn được gọi là trạng thái rắn ắc quy. Sự phát triển của chất điện phân rắn là khó khăn chính của công nghệ này.
Theo Đại học Maryland, vật liệu điện cực và điện cực âm đặc biệt của pin natri-ion thể rắn nói trên có hiệu quả làm giảm điện trở của giao diện điện cực âm xuống 3,5 Ωcm2, có lợi cho việc truyền nhanh các ion natri.
Pin có thể vượt qua dòng điện kỷ lục 40 mA trên mỗi cm vuông bề mặt, đáp ứng nhu cầu sạc và xả tốc độ cao. Đồng thời, nó cũng có thể lưu trữ và giải phóng 10,8 AH điện tích trên mỗi cm vuông bề mặt, có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng pin lâu dài.
Ảnh minh họa
Để xác minh hiệu suất của kiến trúc pin natri-ion trạng thái rắn mới, các nhà nghiên cứu từ Đại học Maryland đã lắp ráp một vỏ pin dạng túi, cực âm natri vanadi photphat, cực dương kim loại natri và chất điện phân trạng thái rắn bằng gốm để đạt được nhiệt độ 2C. chu kỳ tốc độ ở nhiệt độ phòng, có nghĩa là pin có thể được sạc đầy hoặc xả trong vòng nửa giờ.
Cả pin thể rắn và pin natri-ion đều được coi là công nghệ pin thế hệ tiếp theo và sự kết hợp của cả hai trước đây đã nằm trong tầm nhìn của các nhà phát triển pin Trung Quốc.
Tại Trung Quốc, năm 2020, Viện Vật lý Hóa học Đại Liên thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã công bố loại pin natri-ion thể rắn với đặc tính mật độ năng lượng cao và tuổi thọ cao do nhóm nhà nghiên cứu Wu Zhongshuai cùng phát triển.
Pin natri-ion gói mềm này vẫn có thể duy trì mật độ năng lượng 355 Wh/kg sau 535 chu kỳ ở trạng thái phẳng và uốn cong. Bao bì mềm là một trong ba phương pháp đóng gói pin, các phương pháp đóng gói khác bao gồm hình vuông và hình trụ.
Vào tháng 9 năm nay, nhóm của Hu Yongsheng tại Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (Trung tâm Nghiên cứu Vật lý Chất ngưng tụ Quốc gia Bắc Kinh) đã phát hiện ra một loại chất điện phân rắn thủy tinh vô cơ đàn hồi nhớt mới, khắc phục tính ổn định hóa học bề mặt kém của chất rắn polyme hữu cơ - pin trạng thái và khả năng chịu được điện áp cao của chúng. Các vấn đề như khả năng tương thích cực âm cho phép pin natri-ion trạng thái rắn chịu được điện áp cao và duy trì tốc độ chu kỳ tốt.
Vào tháng 10/2023, Viện Năng lượng Thanh Đảo, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, đã ban hành một tài liệu cho biết Trung tâm Công nghệ Hệ thống Năng lượng Thể rắn do nhà nghiên cứu Thôi Quang Lôi dẫn đầu đã phát triển thành công pin natri-ion thể rắn với mật độ năng lượng tế bào vượt quá 140 Wh/ kg và đã được chứng minh trên xe điện hai bánh. Trong tương lai, nhóm cũng sẽ tập trung tiếp tục thực hiện công việc nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực xe điện tốc độ thấp, hệ thống cấp điện 48 V cho xe năng lượng mới và lưu trữ năng lượng gia đình.
Hầu hết các kết quả nghiên cứu và phát triển pin natri-ion thể rắn Trung Quốc đều đã công bố các thông số chính như mật độ năng lượng, nhưng Jiemian News chưa tìm được dữ liệu tương tự về kết quả do Đại học Maryland công bố nên không thể so sánh trực tiếp hiệu suất của sản phẩm.
Cho đến nay, pin natri-ion thể rắn vẫn chưa được triển khai rộng rãi ở cấp độ công nghiệp. Chỉ có Công ty TNHH Công nghệ Năng lượng Mới Haowei Quảng Châu (Haowei New Energy) mới công bố kế hoạch đầu tư sản xuất hàng loạt cho công nghệ này.
Vào tháng 9 năm nay, công ty tuyên bố sẽ đầu tư 10 tỷ nhân dân tệ vào Trùng Khánh để xây dựng dự án dây chuyền sản xuất pin natri-ion vuông thể rắn với công suất sản xuất hàng năm là 30 GWh. Haowei New Energy được đăng ký và thành lập vào năm 2021, He Huaifu nắm giữ toàn bộ cổ phần của công ty.
BAK Battery tiết lộ vào tháng 7 năm nay rằng họ đang khám phá một con đường mới để cải thiện hiệu suất của pin natri-ion, cụ thể là sự kết hợp giữa "điện bán rắn + natri" và hiện đã bắt đầu giai đoạn mẫu thử nghiệm. Pin bán rắn là sự kết hợp giữa pin lỏng và pin hoàn toàn rắn, với dạng điện phân giữa chất lỏng và chất rắn.
Các công ty dẫn đầu về pin như CATLvà BYD vẫn chưa công bố kết quả nghiên cứu và phát triển của họ trên lộ trình công nghệ pin natri-ion thể rắn.
CATL ra mắt pin natri-ion thế hệ đầu tiên vào tháng 7 năm 2021. Sản phẩm này sử dụng chất điện phân lỏng và có mật độ năng lượng 160 Wh/kg, gần bằng pin lithium iron phosphate. Sau này là công nghệ pin lithium chủ đạo hiện nay.
Chuyên gia Trung Quốc cho rằng ở giai đoạn này, pin natri-ion thể rắn (bán) vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu. Với sự gia tăng và đột phá về dự trữ công nghệ được cấp bằng sáng chế, pin natri-ion thể rắn (bán) thể rắn pin dự kiến sẽ đạt được sản xuất quy mô lớn vào năm 2026-2027.
Vào ngày 19/12, Đại học Maryland thông báo rằng một nhóm nghiên cứu do Eric Wachsman, giáo sư tại Viện Đổi mới Năng lượng của trường, dẫn đầu, đã phát triển kiến trúc pin natri-ion thể rắn mới có hiệu suất vượt trội so với pin natri-ion hiện tại.
Nó sử dụng chất điện phân rắn gốm ổn định hơn, ít bắt lửa và an toàn hơn chất điện phân lỏng. Nó sử dụng kim loại natri làm điện cực âm, cho phép pin đạt được mật độ năng lượng cao hơn.
Pin natri-ion hoạt động theo nguyên tắc tương tự như pin lithium-ion, chủ yếu dựa vào sự chuyển động của các ion natri giữa các điện cực dương và âm. So với pin lithium-ion, pin natri-ion có ưu điểm là trữ lượng tài nguyên dồi dào và chi phí thấp nhưng lại thua xa pin lithium-ion về mật độ năng lượng.
Pin natri-ion và pin lithium-ion chủ yếu sử dụng chất điện phân lỏng, dễ xảy ra các vấn đề như rò rỉ và cháy nổ. Sử dụng chất điện phân rắn thay vì chất điện phân lỏng hữu cơ dễ cháy có thể cải thiện hiệu quả độ an toàn của pin. Loại pin này còn được gọi là trạng thái rắn ắc quy. Sự phát triển của chất điện phân rắn là khó khăn chính của công nghệ này.
Theo Đại học Maryland, vật liệu điện cực và điện cực âm đặc biệt của pin natri-ion thể rắn nói trên có hiệu quả làm giảm điện trở của giao diện điện cực âm xuống 3,5 Ωcm2, có lợi cho việc truyền nhanh các ion natri.
Pin có thể vượt qua dòng điện kỷ lục 40 mA trên mỗi cm vuông bề mặt, đáp ứng nhu cầu sạc và xả tốc độ cao. Đồng thời, nó cũng có thể lưu trữ và giải phóng 10,8 AH điện tích trên mỗi cm vuông bề mặt, có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng pin lâu dài.
Để xác minh hiệu suất của kiến trúc pin natri-ion trạng thái rắn mới, các nhà nghiên cứu từ Đại học Maryland đã lắp ráp một vỏ pin dạng túi, cực âm natri vanadi photphat, cực dương kim loại natri và chất điện phân trạng thái rắn bằng gốm để đạt được nhiệt độ 2C. chu kỳ tốc độ ở nhiệt độ phòng, có nghĩa là pin có thể được sạc đầy hoặc xả trong vòng nửa giờ.
Cả pin thể rắn và pin natri-ion đều được coi là công nghệ pin thế hệ tiếp theo và sự kết hợp của cả hai trước đây đã nằm trong tầm nhìn của các nhà phát triển pin Trung Quốc.
Tại Trung Quốc, năm 2020, Viện Vật lý Hóa học Đại Liên thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã công bố loại pin natri-ion thể rắn với đặc tính mật độ năng lượng cao và tuổi thọ cao do nhóm nhà nghiên cứu Wu Zhongshuai cùng phát triển.
Pin natri-ion gói mềm này vẫn có thể duy trì mật độ năng lượng 355 Wh/kg sau 535 chu kỳ ở trạng thái phẳng và uốn cong. Bao bì mềm là một trong ba phương pháp đóng gói pin, các phương pháp đóng gói khác bao gồm hình vuông và hình trụ.
Vào tháng 9 năm nay, nhóm của Hu Yongsheng tại Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (Trung tâm Nghiên cứu Vật lý Chất ngưng tụ Quốc gia Bắc Kinh) đã phát hiện ra một loại chất điện phân rắn thủy tinh vô cơ đàn hồi nhớt mới, khắc phục tính ổn định hóa học bề mặt kém của chất rắn polyme hữu cơ - pin trạng thái và khả năng chịu được điện áp cao của chúng. Các vấn đề như khả năng tương thích cực âm cho phép pin natri-ion trạng thái rắn chịu được điện áp cao và duy trì tốc độ chu kỳ tốt.
Vào tháng 10/2023, Viện Năng lượng Thanh Đảo, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, đã ban hành một tài liệu cho biết Trung tâm Công nghệ Hệ thống Năng lượng Thể rắn do nhà nghiên cứu Thôi Quang Lôi dẫn đầu đã phát triển thành công pin natri-ion thể rắn với mật độ năng lượng tế bào vượt quá 140 Wh/ kg và đã được chứng minh trên xe điện hai bánh. Trong tương lai, nhóm cũng sẽ tập trung tiếp tục thực hiện công việc nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực xe điện tốc độ thấp, hệ thống cấp điện 48 V cho xe năng lượng mới và lưu trữ năng lượng gia đình.
Hầu hết các kết quả nghiên cứu và phát triển pin natri-ion thể rắn Trung Quốc đều đã công bố các thông số chính như mật độ năng lượng, nhưng Jiemian News chưa tìm được dữ liệu tương tự về kết quả do Đại học Maryland công bố nên không thể so sánh trực tiếp hiệu suất của sản phẩm.
Cho đến nay, pin natri-ion thể rắn vẫn chưa được triển khai rộng rãi ở cấp độ công nghiệp. Chỉ có Công ty TNHH Công nghệ Năng lượng Mới Haowei Quảng Châu (Haowei New Energy) mới công bố kế hoạch đầu tư sản xuất hàng loạt cho công nghệ này.
Vào tháng 9 năm nay, công ty tuyên bố sẽ đầu tư 10 tỷ nhân dân tệ vào Trùng Khánh để xây dựng dự án dây chuyền sản xuất pin natri-ion vuông thể rắn với công suất sản xuất hàng năm là 30 GWh. Haowei New Energy được đăng ký và thành lập vào năm 2021, He Huaifu nắm giữ toàn bộ cổ phần của công ty.
BAK Battery tiết lộ vào tháng 7 năm nay rằng họ đang khám phá một con đường mới để cải thiện hiệu suất của pin natri-ion, cụ thể là sự kết hợp giữa "điện bán rắn + natri" và hiện đã bắt đầu giai đoạn mẫu thử nghiệm. Pin bán rắn là sự kết hợp giữa pin lỏng và pin hoàn toàn rắn, với dạng điện phân giữa chất lỏng và chất rắn.
Các công ty dẫn đầu về pin như CATLvà BYD vẫn chưa công bố kết quả nghiên cứu và phát triển của họ trên lộ trình công nghệ pin natri-ion thể rắn.
CATL ra mắt pin natri-ion thế hệ đầu tiên vào tháng 7 năm 2021. Sản phẩm này sử dụng chất điện phân lỏng và có mật độ năng lượng 160 Wh/kg, gần bằng pin lithium iron phosphate. Sau này là công nghệ pin lithium chủ đạo hiện nay.
Chuyên gia Trung Quốc cho rằng ở giai đoạn này, pin natri-ion thể rắn (bán) vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu. Với sự gia tăng và đột phá về dự trữ công nghệ được cấp bằng sáng chế, pin natri-ion thể rắn (bán) thể rắn pin dự kiến sẽ đạt được sản xuất quy mô lớn vào năm 2026-2027.
