Pin natri-ion tự tạo “tường lửa” để ngăn cháy nổ

 Thoát nhiệt là một chuỗi phản ứng tự gia tốc, nơi pin rơi vào trạng thái nóng lên không thể kiểm soát. Khi đạt đến một nhiệt độ nhất định, các hóa chất bên trong bắt đầu phản ứng và giải phóng thêm nhiệt, tạo thành một vòng lặp nguy hiểm khiến nhiệt độ có thể tăng vọt lên tới 700-1.000 °C chỉ trong vài giây.

Đáng sợ hơn, vì pin tự tạo ra ôxy trong quá trình phản ứng này, các loại bình chữa cháy thông thường thường trở nên vô tác dụng. Mặc dù tỷ lệ xe điện tự bốc cháy là rất thấp (chỉ khoảng 0,0012%) nhưng hậu quả của các vụ cháy nổ này luôn vô cùng nghiêm trọng.

Thay vì sử dụng các chất điện phân lỏng dễ cháy như pin lithium-ion truyền thống, thiết kế mới này dựa trên công nghệ pin natri-ion với chất điện phân không cháy có khả năng polyme hóa (PNE).

Điểm mấu chốt nằm ở phản ứng thông minh: Khi nhiệt độ bên trong pin vượt quá 150 °C, chất điện phân lỏng sẽ nhanh chóng phản ứng hóa học và đông đặc lại. Khối chất rắn này đóng vai trò như một bức tường ngăn cách vật lý, chặn đứng sự lan truyền của nhiệt và cắt đứt các phản ứng dây chuyền dẫn đến nổ. Pin lúc này đóng vai trò như một chiếc cầu chì vật lý tự vận hành mà không cần đến máy tính hay cảm biến để kích hoạt.

Trong các thử nghiệm được công bố trên tạp chí Nature Energy, loại pin này đã vượt qua bài kiểm tra nung nóng ở 300 °C mà không gây ra hiện tượng thoát nhiệt. Nó cũng vượt qua thử nghiệm đâm xuyên bằng đinh – mô phỏng tình trạng đoản mạch nội bộ – mà vẫn giữ nguyên được cấu trúc.

Dù ưu tiên tính an toàn, pin vẫn duy trì mật độ năng lượng cạnh tranh ở mức 211 Wh/kg và hoạt động ổn định trong dải nhiệt độ khắc nghiệt từ -40 °C đến 60 °C. Các nhà khoa học lựa chọn natri-ion vì chúng vốn dĩ ổn định về nhiệt hơn so với lithium-ion.

Việc sở hữu một loại pin an toàn từ cốt lõi không chỉ giúp bảo vệ người dùng mà còn giúp xe điện trở nên nhẹ hơn và rẻ hơn, do không còn cần đến các lớp vỏ bảo vệ chống cháy nặng nề và đắt tiền. Mặc dù khi lớp bảo vệ này được kích hoạt, viên pin sẽ ngừng hoạt động vĩnh viễn nhưng đây là một sự đánh đổi hoàn toàn xứng đáng để ngăn chặn các thảm họa cháy nổ. Công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại sự an tâm tuyệt đối cho người dùng xe điện và các hệ thống lưu trữ năng lượng trong tương lai.