Giải pháp lưu trữ năng lượng phổ biến nhất hiện nay đang là pin lithium-ion. Tuy nhiên, công nghệ này đang phải đối mặt với một số thách thức, bao gồm nguồn tài nguyên lithium hạn chế, những tác động xấu đến môi trường và chi phí sản xuất cao. Do đó, các nhà khoa học đã không ngừng tìm kiếm các giải pháp lưu trữ tiết kiệm chi phí và an toàn hơn, trong đó nổi lên là loại pin natri ion mới. Vậy loại pin này có đặc điểm gì? Vì sao chúng lại được phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây? Bài viết này sẽ giúp bạn giải đáp chi tiết, cùng chúng tôi tìm hiểu ngay nhé!
Nguyên nhân xuất hiện pin natri ion mới
Do nhu cầu về lưu trữ năng lượng ngày càng cao, trong khi lithium-ion lại tồn tại những hạn chế rõ ràng về:
- Nguồn tài nguyên lithium hữu hạn: Do nguyên liệu lithium chỉ tập trung ở một số quốc gia hạn chế, cùng với những lo ngại về địa chính trị có thể gây ra những lỗ hổng trong chuỗi cung ứng, điều này làm ảnh hưởng không nhỏ đến nguồn cung lithium.
- Chi phí sản xuất pin lithium-ion cao: Giá nguyên liệu để sản xuất ra pin như lithium và các thành phần thiết yếu khác (coban và niken) luôn tăng theo thời gian do nhu cầu tăng cao.
- Những lo ngại về vấn đề môi trường: Natri vừa dồi dào vừa thân thiện với môi trường hơn lithium nên chúng được đánh giá là giải pháp hiệu quả và bền vững hơn cho nhu cầu lưu trữ năng lượng.
Chính vì những lý do trên mà các nhà sản xuất đang dần tìm kiếm các giải pháp lưu trữ năng lượng thay thế cho pin lithium. Đó cũng là lý do vì sao pin natri ion được khai thác và phát triển gần đây.
Pin natri ion là gì?
Pin natri ion có cấu trúc tương tự như pin lithium-ion, nhưng thay vì sử dụng lithium, pin natri ion sẽ sử dụng natri làm chất mang điện tích. Natri là nguyên liệu dễ kiếm và dễ khai thác hơn so với lithium, đồng thời quá trình khai thác của nó cũng thân thiện với môi trường hơn, do đó chúng đã trở thành lựa chọn hàng đầu trong quá trình chuyển đổi năng lượng xanh.
Ưu điểm của pin natri ion trong lưu trữ năng lượng tái tạo
Pin natri ion hứa hẹn là giải pháp thay thế hiệu quả cho pin lithium-ion bởi chúng có những ưu điểm sau:
- Nguyên liệu phổ biến, giá rẻ hơn: Natri dồi dào hơn lithium 1000 lần, điều này giúp pin natri ion có giá thành rẻ hơn so với các loại pin lithium khác, ước tính rẻ hơn khoảng 30-40%.
- An toàn hơn: So với các loại pin lithium tương đương, pin natri ion được coi là an toàn hơn, chúng có thể hoạt động trong phạm vi nhiệt độ rộng hơn. Bởi khi pin bị mất kiểm soát nhiệt nếu vượt quá các thông số thiết kế, chúng vẫn giải phóng năng lượng nhưng ít hơn nhiều so với pin lithium. Điều này giúp pin chống lại các mối nguy tiềm ẩn và nâng cao tuổi thọ của hệ thống.
- Một điểm khác là bạn có thể hạ điện áp của một số loại pin natri ion xuống mức bằng 0, nhưng các loại pin lithium thì không thể, vì chúng chỉ có thể hạ điện áp xuống mức tối thiểu 2,4 V đến 3,0 V cho mỗi cell. Điều này có nghĩa là pin natri ion sẽ an toàn hơn trong các tình huống ngắn mạch bên ngoài và xả quá mức.
- Quá trình khai thác thân thiện với môi trường: Việc khai thác natri có tác động đến môi trường thấp hơn nhiều so với việc khai thác lithium. Đối với khai thác lithium, số lượng chất thải mà chúng để lại rất lớn, điều này có thể làm cạn kiệt nguồn nước và gây ô nhiễm đất. Ngược lại, khai thác natri có dấu chân sinh thái rất nhỏ, bởi chúng chủ yếu có nguồn gốc từ các mỏ khoáng sản hoặc nước muối bốc hơi dồi dào.
Nhược điểm của pin natri ion
Bên cạnh những ưu điểm kể trên thì pin natri ion cũng tồn tại những nhược điểm, bao gồm:
- Mật độ năng lượng thấp hơn: So với pin lithium-ion, pin natri có mật độ năng lượng thấp hơn. Điều này đồng nghĩa với việc chúng có khối lượng và thể tích nặng hơn khi chứa cùng một dung lượng điện tích.
- Hiệu suất và tuổi thọ giảm khi sạc/xả nhiều lần: Khi sạc và xả nhiều lần, hiệu suất của pin natri-ion sẽ giảm. Điều này chủ yếu là do lỗi vật liệu catot. Do đó, cần cải thiện vấn đề này để duy trì hiệu suất và tuổi thọ của pin.
Triển vọng của pin natri-ion trong tương lai
Với rất nhiều những ưu điểm, pin natri-ion được kỳ vọng là giải pháp lưu trữ năng lượng hiệu quả và tiết kiệm cho lĩnh vực năng lượng tái tạo. Tuy nhiên, để trở thành giải pháp chính trong ngành năng lượng, đòi hỏi pin natri phải khắc phục được những hạn chế như tăng cường mật độ năng lượng, cải thiện tính hiệu quả và vòng đời, từ đó đáp ứng được cho các ứng dụng thương mại.
Để khắc phục được những hạn chế này, các nhà khoa học đang không ngừng nghiên cứu các vật liệu và thiết kế sáng tạo để khai thác hết tiềm năng của pin natri-ion, hứa hẹn pin natri-ion sẽ được thương mại hóa và sớm đưa vào thị trường thay thế cho dòng pin lithium-ion hiện tại.