Những điểm chính
- Lu Yaxiang thuộc Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, dành 10 năm nghiên cứu pin ion natri.
- Năm 2024, nhóm Lu giải mã nguyên nhân khiến vật liệu oxit natri suy giảm khi tiếp xúc với không khí, công bố trên Science.
- Pin natri được đánh giá cao về chi phí thấp và tính ổn định, quan trọng cho an ninh năng lượng Trung Quốc.
- Năm 2023, nhóm Lu giới thiệu điện phân rắn mới có độ dẫn ion cao và tính viscoelastic, cải thiện pin điện rắn.
- Lu tốt nghiệp tiến sĩ tại Đại học Birmingham, trở về Trung Quốc năm 2017 và trở thành giáo sư năm 2024.
Hành trình phát triển pin ion natri đầy thử thách và ý nghĩa
Giáo sư Lu Yaxiang, hiện công tác tại Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, đã dành một thập kỷ tập trung nghiên cứu nhằm đưa pin ion natri trở thành công nghệ năng lượng có tính thương mại cao. Bà nhận được Huân chương Thanh niên 4/5 Trung Quốc năm 2024 – giải thưởng cao nhất dành cho những nhà khoa học dưới 35 tuổi có thành tựu xuất sắc. Trong khi pin lithium-ion thống trị thị trường với tiềm năng và hiệu năng lớn, nguồn nguyên liệu lithium lại ngày càng khan hiếm và quá trình khai thác gây tổn hại môi trường. Điều này thúc đẩy Lu cùng nhóm tập trung vào phát triển pin ion natri dựa trên natri – một nguyên tố hoá học phong phú, giá rẻ và dễ khai thác, phù hợp với mục tiêu an ninh năng lượng quốc gia.
Phát biểu với tờ Science and Technology Daily, Lu nhấn mạnh nhóm nghiên cứu của mình luôn hướng tới ứng dụng thực tế với các tiêu chí quan trọng như ổn định, tiết kiệm chi phí và khả năng sản xuất công nghiệp. Thành công quan trọng nhất trong năm 2024 chính là việc giải mã nguyên nhân khiến vật liệu oxit lớp natri bị suy giảm nhanh chóng khi tiếp xúc không khí – điểm nghẽn đã làm đình trệ việc mở rộng quy mô sản xuất suốt 40 năm qua. Nhóm của Lu đã phát hiện hơi nước không phải là tác nhân trực tiếp gây hư hại, mà nó đóng vai trò trung gian cho các khí khác trong không khí tấn công vật liệu cathode.
Đột phá trong thiết kế vật liệu và điện phân rắn
Khó khăn về việc vật liệu cathode oxit lớp dễ bị phân hủy trong không khí đã làm tăng chi phí sản xuất và phức tạp hoá kỹ thuật. Việc xác định chính xác quá trình này giúp tạo ra những quy tắc thiết kế mới cho các vật liệu có thể chịu được điều kiện không khí mà không ảnh hưởng tới hiệu suất. Đây là bước đệm quan trọng giúp pin ion natri có thể phát triển thương mại rộng rãi.
Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu đã giải quyết một thách thức cơ bản trong công nghệ pin điện phân rắn – đó là sự tiếp xúc kém giữa điện cực và chất điện giải rắn. Trong công trình được đăng trên Nature Energy năm 2023, họ giới thiệu loại điện phân rắn mới vừa có độ dẫn ion cao, vừa sở hữu đặc tính viscoelastic cho phép vật liệu vừa dẻo vừa bền. Điều này khắc phục nhược điểm giòn của các điện phân rắn truyền thống cũng như vấn đề dẫn điện kém của điện phân polymer, mở ra hướng đi mới cho pin điện rắn hiệu suất cao và an toàn.
Con đường sự nghiệp và tầm nhìn của nữ khoa học gia trẻ
Lu Yaxiang hoàn thành tiến sĩ tại Đại học Birmingham, Vương quốc Anh năm 2015, tiếp tục nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Surrey. Năm 2017, bà trở về Trung Quốc theo chương trình Học giả trẻ Quốc tế tại Viện Vật lý của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc. Sau đó, Lu tiến đến chức giáo sư vào năm 2024 với nhiều công trình nghiên cứu được quốc tế công nhận.
Đăng ký bản tin QMVN
Nhận tin tổng hợp mỗi sáng - chỉ những bài đáng đọc, không spam.
Trong bối cảnh Trung Quốc thúc đẩy chuyển đổi sang nền năng lượng điện khí hóa, Lu xác định lĩnh vực nghiên cứu của mình mang tính chiến lược cho tương lai năng lượng quốc gia. Bà động viên bản thân học hỏi từ những phụ nữ xuất sắc, trở nên mạnh mẽ, tự tin và vượt qua giới hạn bản thân trong khoa học và công nghệ.
Tổng kết
Những đột phá của giáo sư Lu Yaxiang cùng đội ngũ không chỉ giúp giải quyết bài toán khó về độ bền của vật liệu pin ion natri mà còn nâng cao khả năng ứng dụng công nghệ pin điện phân rắn ở quy mô công nghiệp. Thành tựu này có ý nghĩa rất lớn đối với an ninh năng lượng của Trung Quốc, bởi natri là nguyên liệu phong phú, thân thiện môi trường và tiết kiệm chi phí. Đồng thời, các giải pháp sáng tạo trong vật liệu và thiết kế pin góp phần tạo dựng tương lai điện năng bền vững, mở rộng khả năng cạnh tranh của công nghệ pin mới trên thị trường toàn cầu.
Câu hỏi thường gặp
Tại sao pin ion natri được coi là giải pháp thay thế cho pin lithium-ion?
Pin ion natri dùng natri – nguyên liệu dồi dào, giá rẻ, giúp giảm chi phí và an ninh năng lượng, trong khi lithium ngày càng khan hiếm và khai thác gây môi trường.
Thách thức lớn nhất trong phát triển pin ion natri là gì?
Vật liệu oxit lớp natri dễ bị hư hại nhanh khi tiếp xúc không khí, làm tăng chi phí và khó sản xuất quy mô lớn.
Điều gì giúp nhóm Lu Yaxiang vượt qua vấn đề vật liệu pin nan giải đó?
Nhóm phát hiện hơi nước hoạt động như cầu nối cho các khí khác làm hỏng vật liệu, từ đó đề ra quy tắc thiết kế vật liệu chống chịu không khí.
Điện phân rắn thế hệ mới do nhóm Lu nghiên cứu có ưu điểm gì?
Loại điện phân này kết hợp độ dẫn ion cao và đặc tính viscoelastic, giúp vừa dẻo vừa bền, khắc phục nhược điểm giòn và dẫn điện kém.
Bài viết được biên tập với sự hỗ trợ của công cụ trí tuệ nhân tạo (AI), tổng hợp từ các nguồn tin dẫn bên dưới và đã qua kiểm duyệt của toà soạn Quang Minh Việt Nam.
