Các nhà khoa học thiết kế pin ion natri-chi phí thấp bằng vật liệu điện cực giá rẻ
Jan 26, 2026
Một nhóm nghiên cứu quốc tế đã thiết kế hệ thống lưu trữ pin natri{0}}ion (SIB) dựa trên vật liệu cực âm loại P2 có tên là Na0.67Mn0.33Ni0.33Fe0.33O2 và cực dương dựa trên vật liệu cacbon cứng được chế tạo từ hoa oải hương.
Cấu hình hệ thống được đề xuất nhằm mục đích chế tạo-chi phí thấp trong khi vẫn đảm bảo khả năng mở rộng và tính bền vững về môi trường, vì hai vật liệu điện cực được mô tả là tiền chất "có thể tiếp cận rộng rãi".
Các nhà nghiên cứu giải thích: "Sự đa dạng của thực vật và năng lực sản xuất là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến việc thương mại hóa SIB, vì-cácbon cứng có nguồn gốc từ thực vật đều bền vững và tiết kiệm”. “Cacbon cứng có nguồn gốc từ thực vật bảo tồn các cấu trúc vi mô của mô thực vật, từ đó tăng cường khả năng thẩm thấu của chất điện giải và khả năng khuếch tán natri.
Các nhà khoa học ước tính sản lượng hoa oải hương toàn cầu vào khoảng 1.000–1.500 tấn mỗi năm. Tuy nhiên, chỉ một phần nhỏ sản lượng này có thể được sử dụng làm vật liệu điện cực, vì chỉ có bã hoa mới thích hợp để chuyển đổi thành carbon cứng.
Họ cũng lưu ý rằng cực dương cacbon cứng và cực âm loại P2{2}}trong pin đầy đủ không có đủ lượng natri dự trữ, dẫn đến hiệu suất điện hóa kém. Họ giải thích thêm: "Nghiên cứu hiện tại giải quyết khoảng cách này bằng cách đánh giá-hiệu suất tế bào đầy đủ của P2-Na0.67Mn0.9Ni0.1O2 kết hợp với carbon cứng có nguồn gốc từ chất thải hoa oải hương theo các phương pháp tiền xử lý khác nhau".
Các nhà khoa học đã sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X- (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM), quang phổ quang điện tử tia X- (XPS), quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier- (FTIR) và quang phổ Raman để mô tả đặc điểm cực âm và cực dương của hệ thống SIB và phát hiện ra rằng cực âm có cấu trúc P63/mmc lục giác, trong khi cực dương thể hiện các đỉnh rộng đặc trưng của cacbon vô định hình.
Đặc biệt, SEM và TEM đã tiết lộ các hạt cực âm có kích thước-micromet và bề mặt cacbon cứng xốp, đồng thời EDS và XPS cho thấy vật liệu này có độ ổn định cấu trúc tốt. Phân tích sâu hơn cũng chứng minh rằng việc kết hợp niken (Ni) đã cải thiện hiệu suất cấu trúc, điện tử và điện hóa của cực âm.
Hơn nữa, thử nghiệm điện hóa cho thấy dung lượng ban đầu là 200 mAh/g đối với cực âm và 360 mAh/g đối với cực dương với khả năng duy trì lần lượt là 42% và 67,4% sau 100 chu kỳ. Theo các nhà nghiên cứu, về tổng thể, người ta thấy rằng pha tạp Ni giúp cải thiện độ dẫn điện và độ ổn định của cực âm, còn cực dương thể hiện hiệu suất lưu trữ natri tốt, hỗ trợ hiệu suất mạnh mẽ của nửa{6} tế bào và toàn bộ{7}}tế bào.
Họ kết luận: "Nghiên cứu toàn diện này nêu bật tiềm năng phát triển SIB bằng vật liệu điện cực bền vững và chi phí thấp". "Việc tối ưu hóa các chiến lược điều chỉnh trước mang đến cơ hội cho các công nghệ SIB thương mại tiên tiến và có thể mở rộng."
Hệ thống này đã được mô tả trong nghiên cứu "Pin ion natri-hiệu quả về mặt chi phí sử dụng cực âm Na0,67Mn0.9Ni0.1O2 và chất thải-hoa oải hương-có nguồn gốc từ carbon cứng với phương pháp ngâm-so sánh", được xuất bản trên Tạp chí Nguồn điện. Nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà khoa học từ Đại học Inonu của Thổ Nhĩ Kỳ, Đại học Kỹ thuật Istanbul, Đại học Malatya Turgut Ozal và Đại học Aksaray, cũng như từ Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc và Đại học Quaid-i-Azam của Pakistan, cùng nhiều trường khác.
