Chiếc smartphone của bạn có thể ổn thoả với pin Li-ion, nhưng nếu muốn dự trữ năng lượng với quy mô lớn hơn thì trọng tâm phải chuyển từ nhỏ gọn và có khả năng sạc điện tốt (pin Li-ion rất xuất sắc ở điểm này) sang giá thành rẻ và thân thiện với môi trường (điểm này thì pin Li-ion cần phải cải thiện nhiều). Một loại “pin gỗ” mới đã giúp cho kỹ thuật pin Na-ion xuất hiện gần đây được biết đến với các tính năng thời lượng pin dài, hiệu suất cao và thân thiện với môi trường, thích hợp cho việc dự trữ năng lượng với quy mô lớn.
Các nhà khoa học dự đoán rằng pin Na-ion, mặc dù hiện giờ vẫn đang trong giai đoạn phát triển, trong tương lai sẽ thích hợp với việc dự trữ năng lượng quy mô lớn hơn pin Li-ion rất nhiều, một phần là do Natri rẻ và nhiều hơn, một phần là do Natri rất thân thiện với môi trường. Nhưng để pin Na-ion có thể trở thành một trong những lựa chọn dự trữ năng lượng một cách hiệu quả thì vẫn còn nhiều chướng ngại phải vượt qua, trong đó khó khăn lớn nhất là một hiện tượng mang tên Sodiation.
Với mỗi chu kì sạc/sử dụng thì ion của Natri khiến cực anode của pin phồng lên đến 420% rồi mới trở lại bình thường. Hiện tượng này được biết đến với cái tên sodiation có thể nghiền nát cực anode sau 20 vòng lặp, khiến cho pin có tuổi thọ cực ngắn. Nhà nghiên cứu Liangbing Hu và Teng Li tại đại học Maryland đã tìm ra cách để giải quyết vấn đề này.
Phần thân cứng thường được sử dụng trong pin hiện tại quá giòn, không thể chịu được sự căng phồng rồi co rút gây ra bởi sodiation, vì thế các nhà nghiên cứu chuyển sang sử dụng một loại sợi gỗ mềm hơn. Sợi gỗ đã tiến hoá qua nhiều năm để có thể chịu được những lực kiểu này khi chính bản thân chúng đã phải sử dụng lực mao dẫn để chuyển những ion Natri từ đất lên lá của cây. Kết quả của pin Na-ion sử dụng sợi gỗ này đã tăng độ bền lên gấp 20 lần so với các mẫu thiết kế trước đó.
Các nhà nghiên cứu đã bọc những sợi gỗ bằng một lớp mỏng(10nm) carbon nanotube để thêm vào tính dẫn điện. Những sợi gỗ mềm tỏ ra rất hiệu quả trong việc vô hiệu hoá sức ép cơ học mạnh mẽ do quá trình sodiation, ngay cả sau 100 lần sạc và sử dụng thì mặc dù sợi gỗ bị nhàu nhưng hầu như vẫn còn nguyên vẹn.
Ông Li, một giáo sư liên quan trong ngành kỹ sư cơ khí đã cho biết: “Việc đẩy ion Natri qua cực anode làm bằng thiếc thường làm yếu đi mối liên kết giữa thiếc và vật liệu nền. Trong khi đó thì sợi gỗ đủ mềm để đóng vai trò đệm cơ học (mechanical buffer), vì thế có thể thích ứng với sự thay đổi của thiếc. Đây chính là chìa khoá để tạo ra pin Na-ion với tuổi thọ dài”.
Ông Hu bổ sung thêm rằng: “Những sợi gỗ khi còn trong thân cây đã có thể giữ lượng nước giàu khoáng chất, cũng giống như ý tưởng trữ chất điện giải, làm cho chúng không chỉ có khả năng làm vật liệu nền mà còn có thể đóng vai trò như một bộ phận thực sự hoạt động trong pin”. Trong các cuộc kiểm tra của họ, các nhà nghiên cứu đã đo được tần số sạc/sử dụng ổn định là 400 vòng với dung lượng pin ban đầu là 339mAh/g, đánh dấu một sự tiến bộ rõ rệt so với các thiết kế trước.
Vì Natri không có khả năng trữ điện hiệu quả như Li nên bạn khó có thể thấy công nghệ này được ứng dụng trong các thiết bị máy thế hệ tiếp theo. Tuy nhiên, với lợi thế giá rẻ và sử dụng nguyên liệu thân thiện với môi trường, pin Na-ion có thể được sử dụng để trữ năng lượng với quy mô lớn từ các nguồn năng lượng vô tận như gió hay mặt trời.
Người dịch: Trịnh Trần Khánh Duy
Nguồn: Gizmag
