Các nhà nghiên cứu từ Hàn Quốc và Mỹ phát triển pin natri-ion hoạt động ổn định hơn dựa trên cấu trúc xương của động vật có vú.
Pin lithium-ion là loại pin điện được đánh giá cao nhất hiện nay nhưng các nhà nghiên cứu cho biết chúng đang đạt đến giới hạn hiệu quả, vì vậy, việc phát triển các loại pin mới là điều cần thiết cho tương lai.
Pin natri-ion có nhiều ưu điểm hơn so với pin lithium-ion nhưng các nhà khoa học gặp rất nhiều khó khăn để phát triển cực âm (cathode) natri một cách hiệu quả. Thiết kế pin lấy cảm hứng từ xương động vật có thể là chìa khóa giúp giải quyết thách thức này.
Theo mô tả trên tạp chí Applied Physics Review hôm 8/12, loại pin mới do Đại học Sungkyunkwan của Hàn Quốc phát triển kết hợp vật liệu xốp ở bên trong với lớp vỏ cứng ở bên ngoài. Thiết kế này giúp cải thiện đáng kể tính ổn định của cathode.
Cấu trúc pin natri-ion lấy cảm hứng từ xương động vật có vú. (Ảnh: Ho Seok Park).
“Thiên nhiên có thể cung cấp những giải pháp đầy hứa hẹn để giải quyết các vấn đề kỹ thuật. Dựa trên cấu trúc xương của động vật có vú, chúng tôi đã tìm ra thiết kế lý tưởng cho pin natri-ion để giải quyết những hạn chế về động học và tính ổn định của cực âm”, Giáo sư Ho Seok Park từ Đại học Sungkyunkwan, trưởng nhóm nghiên cứu, chia sẻ.
Đối với vật liệu xốp bên trong, nhóm nghiên cứu sử dụng Na3V2(PO4)3, một hợp chất siêu dẫn ion natri được gọi tắt là NVP. Xung quanh vật liệu này được bảo vệ bởi một lớp vỏ cứng làm từ graphene oxit đã khử (rGO).
NVP cho phép vận chuyển nhanh chóng các ion natri, nhưng nó vốn không ổn định. Lớp rGO cung cấp cho cathode độ ổn định cao hơn, ngăn ngừa thiệt hại do ứng suất điện hóa và cơ học. Các thử nghiệm đã chứng minh pin natri-ion cho hiệu suất đầy hứa hẹn nhưng nhóm nghiên cứu cho biết vẫn cần kiểm tra thêm trước khi đưa vào sử dụng thương mại.