Pin natri-ion có thực sự là bước đột phá thay thế cho pin lithium-ion truyền thống?

Pin lithium-ion hiện có mặt ở khắp mọi nơi. Chúng được sử dụng trong điện tử tiêu dùng, xe điện và làm kho chứa năng lượng tái tạo dư thừa như gió và mặt trời. Nhưng khi thế giới tiếp tục điện khí hóa, các công nghệ pin bổ sung sẽ cần thiết để đáp ứng nhu cầu thì pin natri-ion rất có thể sẽ là một giải pháp ấn tượng.

Pin natri-ion thực tế đã tồn tại hàng thập kỷ, nhưng sự phát triển quy mô lớn của công nghệ này đã bị bỏ rơi để nhường chỗ cho pin lithium-ion.

Tuy nhiên, sự phấn khích xung quanh pin natri-ion đã tăng lên sau khi nhà sản xuất pin EV lớn nhất thế giới, Contemporary Amperex Technology Co. Limited (CATL), tiết lộ vào năm 2021 rằng họ đang đầu tư vào công nghệ này, với kế hoạch thiết lập chuỗi cung ứng công nghiệp cơ bản vào năm nay.

James Quinn, Giám đốc điều hành của nhà sản xuất pin natri-ion Faradion có trụ sở tại Vương quốc Anh cho biết: “Nó không sử dụng các nguyên liệu thô đắt tiền. Không có coban, không có đồng, không có lithium, không có than chì, những thứ thực sự chủ yếu do Trung Quốc kiểm soát ngày nay”.

Trong khi đó, Colin Wessells, Giám đốc điều hành và đồng sáng lập của Natron cho biết, có rất nhiều bộ sạc và tất cả các xe đều cắm điện cùng một lúc. Tải điện trên lưới điện sẽ là rất lớn. Lưới điện có thể rất khó hỗ trợ đồng thời tất cả các bộ sạc xe đó. Và vì vậy, rất nhiều nhà điều hành trạm đang thực sự chuyển sang một mô hình mà họ sẽ đặt những cục pin cố định lớn trong trạm để cung cấp những xung điện đó để sạc cho các phương tiện”.

Vậy SIB là gì và chúng khác với pin xe điện hiện tại như thế nào?

Cũng giống như LIB, SIB chứa cực dương, cực âm, dải phân cách và một số dạng chất điện phân lỏng. Tuy nhiên, thay vì chất mang điện tích lithium (Li), natri (Na) được sử dụng. Ngoài ra, cả cực dương và cực âm đều có thể được làm bằng nhôm, không giống như LIB yêu cầu đồng đắt tiền hơn làm bộ thu dòng ở cực dương.

Ưu và nhược điểm chính của SIB đó là natri là một trong những nguyên tố dồi dào nhất trên Trái đất, khiến SIB trở thành lựa chọn khả thi về mặt kinh tế hơn so với LIB dựa vào nguồn cung cấp lithium bị hạn chế. Nguồn cung ít bấp bênh hơn của natri cho phép chi phí sản xuất thấp hơn, làm cho SIB trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho xe điện chạy bằng pin (BEV) trên thị trường đại chúng.

Bên cạnh đó, SIB mang lại sự an toàn được cải thiện so với LIB. Natri ít phản ứng hóa học hơn nhiều so với lithium, giúp giảm nguy cơ thoát nhiệt hoặc nguy cơ hỏa hoạn liên quan đến pin dựa trên lithium.

SIB có tác động môi trường nhỏ hơn so với LIB. Khai thác lithium có thể gây hại cho môi trường, liên quan đến quá trình khai thác và xử lý hóa chất rộng rãi. Mặt khác, quá trình chiết xuất natri bền vững hơn, giảm tác động ESG liên quan đến quá trình sản xuất pin BEV.

Bên cạnh những thuận lợi, thách thức chính mà SIB phải đối mặt là mật độ năng lượng thấp hơn so với LIB. Các ion natri lớn hơn và nặng hơn các ion lithium, dẫn đến giảm khả năng lưu trữ năng lượng. Hạn chế này ảnh hưởng đến phạm vi lái xe và hiệu suất tổng thể của xe điện, khiến SIB không phù hợp với một số ứng dụng đòi hỏi công suất cao và/hoặc độ bền lâu dài.

SIB đã chứng minh vòng đời ngắn hơn so với LIB. Việc sạc và xả nhiều lần có thể làm suy giảm cấu trúc của điện cực natri-ion, dẫn đến hiệu suất giảm dần theo thời gian.

Hiện tại, sự phát triển của công nghệ SIB vẫn còn ở giai đoạn đầu so với LIB. Do đó, các SIB đang phải đối mặt với khả năng thương mại hạn chế. Việc thiếu một chuỗi cung ứng và cơ sở hạ tầng sản xuất đã được thiết lập có thể cản trở việc áp dụng rộng rãi SIB thay vì LIB.

SIB thường thể hiện tốc độ sạc chậm hơn so với LIB. Các ion natri có động học khuếch tán chậm hơn trong vật liệu điện cực, dẫn đến thời gian sạc lâu hơn. Hạn chế này có thể cản trở việc chấp nhận rộng rãi SIB trong các tình huống sạc nhanh, trong đó việc “tiếp nhiên liệu” nhanh chóng và thuận tiện là rất quan trọng.

Mặc dù SIB có thể không phù hợp với mật độ năng lượng của LIB nhưng số liệu gần đây được công bố từ các nhà sản xuất tế bào lớn hơn đang làm việc trên SIB cho thấy các kết quả đầy hứa hẹn gần như cạnh tranh với các tế bào Lithium Iron Phosphate (LFP) về mật độ năng lượng/thể tích trong khi ở mức giá thấp hơn, mở ra khả năng trong phân khúc xe bình dân và xe nhỏ.

Giới chuyên gia dường như vẫn thận trọng trong việc dự báo việc áp dụng SIB trên toàn cầu cho đến khi nhận thấy ít nhất một số phương tiện mẫu được thử nghiệm thực tế. Một tế bào có hiệu suất tương đối (so với LFP), nhưng rẻ hơn, có chu kỳ tuổi thọ tốt nghe có vẻ hơi “đuối” để trở thành sự thật vào lúc này.

Khôi Nguyên