Sodium, hay còn gọi là Natri (Na), là một trong những hóa chất phổ biến được tìm thấy trong tự nhiên với trữ lượng được ước tính lớn hơn 500 lần so với một số hóa chất tương tự, có thể kể đến như lithium (Li) đã khiến chúng trở nên tiềm năng trong công nghệ pin ion và được kỳ vọng sẽ thay thế pin lithium truyền thống. Tuy nhiên, những nghiên cứu hiện tại về pin natri-ion vẫn còn gặp một số trở ngại đáng kể như công suất yếu, thời gian sạc lâu hay khả năng lưu trữ chưa đủ đáp ứng yêu cầu thực tiễn khiến công nghệ tiềm năng này vẫn chưa được sử dụng rộng rãi trên thị trường.
Nhận biết được vấn đề này, một nhóm nghiên cứu đến từ Khoa Khoa học và Kỹ thuật vật liệu thuộc KAIST dưới sự dẫn dắt của GS Jeung Ku Kang đã phát triển thành công một loại pin natri-ion mới với năng lượng cao, công suất lớn và khả năng sạc nhanh vượt trội. Điểm đáng chú ý của công nghệ mới này nằm ở sự kết hợp độc đáo giữa 2 cực của pin, nhóm đã thay đổi chất liệu cấu tạo nên cực âm của pin thông thường thành vật liệu mới phù hợp cho siêu tụ điện (supercapacitors), qua đó tăng cường khả năng lưu trữ năng lượng cũng như khả năng sạc nhanh hơn so với các loại pin thông thường. Chính những điểm nổi bật đó đã giúp công nghệ này đạt được bước đột phá và kỳ vọng có thể thay thế những dòng pin lithium truyền thống.
Tuy nhiên, việc phát triển một loại pin lai có dự trữ năng lượng lớn và công suất cao đòi hỏi sự cải thiện tốc độ lưu trữ năng lượng của cực dương cũng như công suất của cực âm. Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng 2 khung kết cấu hữu cơ kim loại riêng biệt để tối ưu hoá quá trình tổng hợp pin lai. Phương pháp này phát triển một loại vật liệu cực dương có động học được cải thiện nhờ vào các hoạt chất mịn trong carbon xốp từ khung kết cấu hữu cơ kim loại. Sự kết hợp giữa này vật liệu cực dương này với vật liệu cực âm công suất cao đã tạo ra một hệ thống lưu trữ natri-ion tối ưu hóa được sự cân bằng và giảm thiểu sự chênh lệch trong tốc độ lưu trữ năng lượng giữa các điện cực. Cùng với công nghệ full-cell, hệ thống này đã tạo ra một thiết bị lưu trữ năng lượng natri-ion lai có hiệu suất cao, vượt qua mật độ năng lượng của các pin lithium-ion thương mại hiện có trên thị trường. Loại pin này có thể hoạt động trong thời gian dài chỉ qua một lần sạc và được kỳ vọng sẽ phù hợp với các ứng dụng sạc nhanh, từ các thiết bị điện tử thông minh đến xe ô tô điện và công nghệ hàng không vũ trụ.
Hệ thống lưu trữ này đã thu hút rất nhiều sự chú ý vì nó vượt qua các hạn chế hiện tại của các hệ thống lưu trữ năng lượng, kết hợp ưu điểm từ cực âm của siêu tụ điện và cực dương của pin khi đồng thời cho phép mật độ năng lượng cao và mật độ công suất sạc lại nhanh chóng. Theo các nhà nghiên cứu, các thiết bị lưu trữ năng lượng natri-ion lai có thể đạt được mật độ năng lượng là 247 Wh/kg và mật độ công suất là 34,748 W/kg.
Ngọc Minh (theo Technology Networks)