Hầu hết ô tô điện hiện nay đều sử dụng pin lithium-ion, đây là một nguồn tài nguyên hữu hạn do đó có những e ngại về việc sử dụng pin lithium-ion sẽ không bền vững. Công nghệ pin Lithium-ion đã phát triển trong thập kỷ vừa qua nhưng nó đang có dấu hiệu chậm lại.
Ví dụ rõ nhất là giá pin lithium-ion đã giảm khoảng 73% trong thập kỷ qua nhưng từ năm 2017 đến năm 2021, chỉ giảm có 28%. Tuy vậy với sự khan hiểm của lithium, giá pin cũng có thể tăng lên. Kể từ năm 2021, giá của lithium đã tăng gần 4 lần.
Gizchina
Đó là nguyên nhân chúng ta cần có bước đột phá lớn trong công nghệ lithium-ion. Nếu không, sẽ cần một vật liệu thay thế để thúc đẩy quá trình chuyển đổi của thế giới sang ô tô điện. May mắn thay, natri dường như là một lựa chọn khả thi. Natri rất dồi dào trong tự nhiên, giá rẻ và đặc biệt là thân thiện hơn với môi trường. Nó cũng có các tính chất hóa học tương tự như liti. Nhưng liệu natri có thực sự tốt để làm pin? Nếu vậy, tại sao vẫn chưa có ai bắt đầu sản xuất hàng loạt?
Natri tốt như thế nào đối với pin xe điện?
Một số nhà khoa học tin rằng natri sẽ có thể thay thế lithium. Điều này là do thành phần hóa học của natri gần giống với thành phần hóa học của liti. Do đó, công nghệ cho quá trình sản xuất pin thực tế là giống nhau. Trong pin lithium-ion, lithium nằm trong cực âm và chất điện phân của pin, trong khi cực dương được làm bằng than chì. Tương tự, pin natri-ion sử dụng natri ở cả cực âm và chất điện phân. Tuy nhiên, nó hoán đổi than chì ở cực dương cho một số dạng “carbon cứng”.
Mà carbon cứng chủ yếu là than, có lợi hơn than chì do bản chất nhẹ và cứng của nó. Carbon cứng cũng tương thích với nhiều loại chất điện phân hơn. Điều này làm cho pin natri-ion có nhiệt độ an toàn khi hoạt động rộng hơn. Năm ngoái, Công ty TNHH Công nghệ Amperex Đương đại của Trung Quốc (CATL), một trong những nhà sản xuất pin lớn nhất thế giới, đã giới thiệu pin natri-ion mới với mật độ năng lượng 160 Wh/kg. Viên pin này có thể sạc từ 0 đến 80% chỉ trong 15 phút. CATL cho biết họ dự kiến sẽ tăng mức đó lên 200 Wh/kg vào thời điểm sản xuất thương mại quy mô lớn bắt đầu vào năm 2023.
Natri có điểm yếu nào không?
Mặc dù tốc độ sạc rất ấn tượng, nhưng mật độ năng lượng là một trong những điểm yếu của natri. Một trong những lý do khiến natri chưa thể thay thế ngay lithium là nó nặng. Nguyên mẫu ion natri của CATL có mật độ 160 Wh / kg. Ngược lại, pin lithium 4680 sắp ra mắt của Tesla có mật độ 272-296 Wh / kg. Elon Musk đã gợi ý về loại pin có mật độ năng lượng 400 Wh/kg trong thời gian từ 3 đến 4 năm, có thể cho phép các máy bay thương mại cạnh tranh.
Tuy vậy, bạn không nên quá nản lòng vì Faradion, một công ty sản xuất pin có trụ sở tại Anh cho biết họ ước tính có thể làm ra pin natri-ion với mật độ vượt quá 200 Wh/kg. Trong khi mật độ của pin trong hầu hết các xe ô tô điện là khoảng 185 Wh/kg.
Công nghệ natri-ion đang thay đổi bộ mặt của ô tô điện như thế nào
Natri thực sự có thể tác động đến thị trường ô tô điện đến mức nào? Sự cách mạng chính là tính bền vững của nó. Faradion ước tính rằng pin natri-ion có khả năng rẻ hơn 24 - 32% so với pin lithium-ion do bản thân lithium thường chiếm 30 - 40% tổng chi phí của một loại pin.
Nếu một chiếc xe điện 50.000 USD thông thường sử dụng pin natri-ion, giá sẽ giảm xuống ít nhất chỉ còn 45.200 USD tương đương giảm khoảng 9,6%. Con số này không quá lớn nhưng nó chứng minh một bước đi đúng hướng.
Một tiêu chí khác về tính bền vững là độ bền của pin natri. Pin natri-ion đã bị chỉ trích vì độ bền kém. Điều này thường là do các ion trong pin có xu hướng làm hỏng cấu trúc tinh thể bên trong của chúng. Tuy nhiên, nhờ một bước đột phá tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ có thể tránh được thiệt hại do công nghệ mới.
Gizchina
PNNL thực hiện điều này bằng cách điều chỉnh các phản ứng hóa học hình thành chất điện phân trong pin. Pin của PNNL vẫn giữ được hơn 90% dung lượng sau hơn 300 chu kỳ sạc tương đương khoảng hơn 120.000 – 145.000km thấp hơn công nghệ pin lithium-ion hiện tại mang lại. Tuy nhiên, pin natri-ion vốn đã có giá rẻ hơn nhiều.
Pin natri có thể tái chế như thế nào?
Sản xuất ô tô điện còn phải tính đến việc xử lý, tái chế sau khi cục pin đó cạn kiệt. Pin natri-ion có thể phóng điện hoàn toàn xuống 0 volt. Vì vậy, nó tốt hơn so với pin lithium vì pin lithium-ion giữ lại khoảng 30% điện năng khiến nó trở nên nguy hiểm cho việc tái chế. Hay nói cách khác, pin natri-ion tái chế an toàn hơn. Bên cạnh đó, pin natri-ion ít dùng tới nguyên liệu thô như coban hoặc than chì nên ít gây hại cho môi trường hơn.
Nhìn chung, pin natri-ion có nhiều ưu điểm hơn so với pin lithium-ion bao gồm chi phí, tác động môi trường, tính khả dụng và an toàn. Tuy nhiên, chúng vẫn phải đối mặt với các vấn đề liên quan đến độ bền và mật độ năng lượng. Điều đó nói rằng, công nghệ này vẫn còn vài năm nữa trước khi nó sẵn sàng để sử dụng trên ô tô điện. Tuy nhiên, cho đến lúc đó, sẽ rất thú vị để xem công nghệ này phát triển như thế nào và đóng vai trò như thế nào đối với những chiếc ô tô điện trước nhu cầu mạnh mẽ trên thế giới.