Hầu hết các pin ngày nay là pin lithium-ion.Trung tâm dữ liệuvà lưới điện cố định cho các tấm pin mặt trời và tuabin gió, cũng như trong các mặt hàng hàng ngày như điện thoại, máy tính xách tay và xe tay ga điện.
Lithium đòi hỏimột lượng lớn nướcđể chiết xuất và tinh chế khoảng 2 triệu lít nước mỗi tấn lithium, theo Viện Nghiên cứu Năng lượng.
Ví dụ, trongChile, nhà sản xuất lithium lớn thứ hai thế giới, ngành công nghiệp sử dụng quy trình khai thác nước muối,Điều này làm thay đổi nguồn nước ngọt đã khan hiếm từ các cộng đồng bản địa địa phương và gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho các hệ sinh thái vùng đất ngập nước dễ bị tổn thương gần đó.
Hơn nữa, pin lithium-ion đòi hỏi kim loại nặng như cobalt, niken, mangan và đồng trong các cathode của chúng, thu hút các ion từ cực quang khi pin đang xả.
Hầu hết các dự trữ coban trên thế giới nằm ởCộng hòa Dân chủ Congo, nơi các mỏ lithium thường xuyên khai thác công nhân, gây ô nhiễm nguồn nước và thải ra bụi và hạt độc hại vào không khí.
Ngoài các cân nhắc đạo đức, địa chính trị đặt ra những thách thức riêng của nó.thống trị thị trường, với 68% công suất tinh chế cobalt toàn cầu, 72% công suất tinh chế lithium và 83% công suất sản xuất lithium-ion.
Những cạm bẫy này khiến các nhà khoa học và các công ty tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế cho pin.
Một vài ví dụ bao gồm:kẽm nước,pin dòng chảyvà thậm chítrọng lực✓ hoạt động bằng cách chuyển đổi năng lượng động thành điện.
Nhưng có một vật liệu rẻ tiền, dồi dào và sẵn có đang dẫn đầu cuộc đua để thay thế lithium như là thành phần chính trong pin.
Muối.
Jean-Marie Tarascon, giáo sư vật lý và hóa học trạng thái rắn tại Đại học Pháp, đã tin vào sự vượt trội của natri trong ít nhất 15 năm.
Là người sáng lập và giám đốc của mạng lưới nghiên cứuRS2E, ông đã dẫn đầu một nhóm phát triển một pin natri-ion tại Collège và tại Đại học Picardie Jules Vernexem xét Verne đầu tiên hình dung một pin muối hư cấu trong cuốn sách của mình,Hai mươi ngàn dặm dưới biển.
"Động lực chính trong trường hợp của tôi là tính bền vững", Tarascon nói. "Vào năm 2010, rõ ràng thế giới sẽ áp dụng pin lithium-ion và chúng ta sẽ hết nguồn tài nguyên này".
Chúng tôi quyết định tìm một lựa chọn thay thế, đó là lý do chúng tôi chuyển sang sử dụng natri.
Các pin natri-ion có hành vi hóa học tương tự như pin lithium-ion, mặc dù không có tác động tiêu cực đến môi trường, Shan Zhang nói,một nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers ở GothenburgThụy Điển.
"Phương pháp sản xuất cũng tương tự, điều đó có nghĩa là bạn không thực sự cần phải kiểm tra dây chuyền sản xuất nhiều", cô nói thêm.Bạn có thể sử dụng các dây chuyền sản xuất hiện có và thực hiện một số điều chỉnh cho pin muối.
Zhang nói pin natri cũng an toàn hơn so với lithium và hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ cực cao.
Các pin lithium-ion đã chịu trách nhiệm cho vô số vụ cháy, đặc biệt bao gồm một vụ cháy tại mộtNhà máy lưu trữ pin CaliforniaĐầu năm nay đã cháy trong nhiều ngày và khiến khoảng 1.200 cư dân địa phương phải sơ tán.
Vào năm 2024, Zhang dẫn đầu mộtnghiên cứuđã kiểm tra tác động khí hậu trong tương lai của các loại pin muối khác nhau, tập trung vào lượng khí thải carbon.
Nhóm nghiên cứu của bà phát hiện ra rằng vào năm 2050, việc sử dụng năng lượng tái tạo để sản xuất pin có khả năng làm giảm tác động khí hậu từ 43 đến 57% so với mức năm 2020.
"Tác động khí hậu giảm càng xa trong tương lai, từ các quy trình sản xuất, khai thác mỏ, cũng như các quy trình phía trên", bà nói.
Nhưng các hóa chất được sử dụng trong cathode vẫn là một mối quan tâm, cô nói, và sẽ cần phải được giải quyết bằng cách đầu tư nhiều hơn vào nghiên cứu pin natri-ion.
Vậy, điều gì đang ngăn chặn việc sử dụng pin natri-ion nhiều hơn?Giá thấp của lithium, giữ cho nó cạnh tranh với natri.
Sau khi tăng vọt lên mức kỷ lục 83.000 USD mỗi tấn vào tháng 11 năm 2022,giá lithiumđã giảm kể từ đó, đạt mức thấp chỉ 8.400 USD mỗi tấn vào tháng trước, vì xe điện (EV) đã được bán chậm hơn dự kiến.
Một trở ngại khác là natri ít mật độ hơn lithium, có nghĩa là cần nhiều không gian và năng lượng hơn để giữ cùng một điện tích.
Điều này dẫn đến một pin lớn hơn, nặng hơn, không phải là lý tưởng trong xe của bạn hoặc trong điện thoại của bạn, ví dụ.
Thay vì hoàn toàn thay thế lithium, natri cần tìm ứng dụng thích hợp nơi khối lượng và trọng lượng không phải là vấn đề, Zhang nói.
Khi các nhà khoa học tiếp tục làm việc để cải thiện mật độ năng lượng của chúng, một nơi thích hợp cho pin natri-ion là trong các hệ thống lưu trữ năng lượng tĩnh,nơi năng lượng có thể được lưu trữ và xả khi cần thiết để cân bằng lưới điện.
Trong thực tế, Bloomberg New Energy Finance (BNEF) hiện đangdự đoánmột thị phần 15% cho pin natri-ion trong lưu trữ năng lượng vào năm 2035, tăng từ 1% hiện nay.
Tại Hoa Kỳ, Natron Energy có trụ sở tại Thung lũng Silicon đang sản xuất pin natri-ion để lắp đặt trong các trung tâm dữ liệu và các công ty điện toán đám mây, cũng như bộ sạc nhanh EV.
Nó gần đây đã phá vỡ đất trên một1,4 tỷ USD nhà máy mới ở Bắc Carolina, đại diện cho sự gia tăng 40 lần công suất.
Trong khi đó, ở Anh, Faradion, một công ty con của Reliance New Energy Ltd của Ấn Độ, đangsản xuất pin natri-ioncho vận chuyển, lưu trữ và năng lượng dự phòng.
Và ở Pháp, TIAMAT, một công ty mà Tarascon phục vụ như một cố vấn khoa học, đã phát minh ra pin natri-ion đầu tiên được thiết kế để sử dụng trong một sản phẩm thương mại:máy khoan điện không dây.
Tháng trước, nóký hợp đồng với công ty công nghệ Mỹ Endeavourđể sản xuất pin cho các trung tâm dữ liệu AI.
Tuy nhiên, người sử dụng pin natri lớn nhất làTrung QuốcTrung Quốc đã thống trị thị trường pin lithium-ion, đó là một lý do khiến nước này dễ dàng chuyển đổi, Zhang nói.
Các công ty Trung Quốc đã đầu tư hơn 7,6 tỷ USD vào công nghệ ion natri, với 27các cơ sở sản xuất mớiđược công bố trong năm 2024 một mình.
Các công ty như Yadea, HiNa và Contemporary Amperex Technology (CATL) hiện đang xây dựng một lợi thế cạnh tranh trên thị trường pin natri ion toàn cầu,thực hiện một bước tiến lớn khác trong ngành công nghiệp công nghệ sạch của đất nước.
Và không giống như các đối tác phương Tây của họ, họ đã đưa xe chạy bằng natri lên đường.
Yadea, ví dụ, đang bắt đầu bánxe đạp điệnchạy bằng natri sau khi một thành côngDự án thí điểm với 150.000 người chuyển thức ănở Shenzhen.
Trong khi những chiếc xe hai bánh này chỉ có phạm vi khoảng 70 km, nhà sản xuất đã xây dựng các trạm trao đổi pin nơi chủ sở hữu có thể thay pin cạn kiệt trong vòng chưa đầy một phút,thay vì phải đợi hàng giờ để sạc lại.
CATL, nhà sản xuất pin lớn nhất thế giới cho xe điện và lưu trữ năng lượng,công bố một kế hoạch đầu năm nay để sản xuất hàng loạt pin natri-ion cho xe tải hạng nặng và xe hơi dưới một thương hiệu mới được gọi làNaxtra.
Xe máy điện và xe đạp đã phổ biến ở Trung Quốc, với một số55 triệu được bánchỉ trong năm 2023.
Bây giờ, những cuộc đột kích của đất nước vào xe chạy bằng pin natri có thể tạo ra tiềm năng lớn cho sự mở rộng trên toàn cầu Nam, đặc biệt là ở châu Á và châu Phi, Kate Logan nói,Giám đốc Trung tâm Khí hậu Trung Quốc và ngoại giao khí hậu tại Đại học Hoa Kỳ.S-basedViện Chính sách Xã hội Châu Á.
Vì việc sử dụng xe hai và ba bánh tập trung ở miền Nam toàn cầu, các thị trường này sẽ quan trọng hơn đối với các công ty Trung Quốcthay vì được thúc đẩy bởi các yếu tố như căng thẳng thương mại và thiếu tiếp cận với thị trường Bắc toàn cầuCô ấy giải thích.
Chuyển đổi những chiếc xe đạp và xe bán buôn này sang điện trên các thị trường miền Nam toàn cầu sẽ có tác động đáng kể đến cả khí thải và sử dụng nhiên liệu hóa thạch, bà nói thêm.
Về phần mình, Tarascon thấy một sự thay đổi lớn trong kích thước xe hơi trong thập kỷ tới ở miền Bắc toàn cầu.
"Chúng ta sẽ có những chiếc xe hơi nhỏ hơn trong các thành phố, nhiều xe taxi hơn, và nhiều phương tiện tầm ngắn hơn, vì vậy tự động, pin natri-ion sẽ có một trò chơi lớn để chơi", ông nói.
Nếu tôi nhìn vào tương lai, công nghệ này chắc chắn sẽ được cải thiện, và tôi nghĩ rằng nó sẽ giành được một phần lớn của thị trường bởi vì có một nhu cầu rất lớn cho năng lượng pin,và lithium-ion không thể làm tất cả.
Hầu hết các pin ngày nay là pin lithium-ion.Trung tâm dữ liệuvà lưới điện cố định cho các tấm pin mặt trời và tuabin gió, cũng như trong các mặt hàng hàng ngày như điện thoại, máy tính xách tay và xe tay ga điện.
Lithium đòi hỏimột lượng lớn nướcđể chiết xuất và tinh chế khoảng 2 triệu lít nước mỗi tấn lithium, theo Viện Nghiên cứu Năng lượng.
Ví dụ, trongChile, nhà sản xuất lithium lớn thứ hai thế giới, ngành công nghiệp sử dụng quy trình khai thác nước muối,Điều này làm thay đổi nguồn nước ngọt đã khan hiếm từ các cộng đồng bản địa địa phương và gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho các hệ sinh thái vùng đất ngập nước dễ bị tổn thương gần đó.
Hơn nữa, pin lithium-ion đòi hỏi kim loại nặng như cobalt, niken, mangan và đồng trong các cathode của chúng, thu hút các ion từ cực quang khi pin đang xả.
Hầu hết các dự trữ coban trên thế giới nằm ởCộng hòa Dân chủ Congo, nơi các mỏ lithium thường xuyên khai thác công nhân, gây ô nhiễm nguồn nước và thải ra bụi và hạt độc hại vào không khí.
Ngoài các cân nhắc đạo đức, địa chính trị đặt ra những thách thức riêng của nó.thống trị thị trường, với 68% công suất tinh chế cobalt toàn cầu, 72% công suất tinh chế lithium và 83% công suất sản xuất lithium-ion.
Những cạm bẫy này khiến các nhà khoa học và các công ty tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế cho pin.
Một vài ví dụ bao gồm:kẽm nước,pin dòng chảyvà thậm chítrọng lực✓ hoạt động bằng cách chuyển đổi năng lượng động thành điện.
Nhưng có một vật liệu rẻ tiền, dồi dào và sẵn có đang dẫn đầu cuộc đua để thay thế lithium như là thành phần chính trong pin.
Muối.
Jean-Marie Tarascon, giáo sư vật lý và hóa học trạng thái rắn tại Đại học Pháp, đã tin vào sự vượt trội của natri trong ít nhất 15 năm.
Là người sáng lập và giám đốc của mạng lưới nghiên cứuRS2E, ông đã dẫn đầu một nhóm phát triển một pin natri-ion tại Collège và tại Đại học Picardie Jules Vernexem xét Verne đầu tiên hình dung một pin muối hư cấu trong cuốn sách của mình,Hai mươi ngàn dặm dưới biển.
"Động lực chính trong trường hợp của tôi là tính bền vững", Tarascon nói. "Vào năm 2010, rõ ràng thế giới sẽ áp dụng pin lithium-ion và chúng ta sẽ hết nguồn tài nguyên này".
Chúng tôi quyết định tìm một lựa chọn thay thế, đó là lý do chúng tôi chuyển sang sử dụng natri.
Các pin natri-ion có hành vi hóa học tương tự như pin lithium-ion, mặc dù không có tác động tiêu cực đến môi trường, Shan Zhang nói,một nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers ở GothenburgThụy Điển.
"Phương pháp sản xuất cũng tương tự, điều đó có nghĩa là bạn không thực sự cần phải kiểm tra dây chuyền sản xuất nhiều", cô nói thêm.Bạn có thể sử dụng các dây chuyền sản xuất hiện có và thực hiện một số điều chỉnh cho pin muối.
Zhang nói pin natri cũng an toàn hơn so với lithium và hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ cực cao.
Các pin lithium-ion đã chịu trách nhiệm cho vô số vụ cháy, đặc biệt bao gồm một vụ cháy tại mộtNhà máy lưu trữ pin CaliforniaĐầu năm nay đã cháy trong nhiều ngày và khiến khoảng 1.200 cư dân địa phương phải sơ tán.
Vào năm 2024, Zhang dẫn đầu mộtnghiên cứuđã kiểm tra tác động khí hậu trong tương lai của các loại pin muối khác nhau, tập trung vào lượng khí thải carbon.
Nhóm nghiên cứu của bà phát hiện ra rằng vào năm 2050, việc sử dụng năng lượng tái tạo để sản xuất pin có khả năng làm giảm tác động khí hậu từ 43 đến 57% so với mức năm 2020.
"Tác động khí hậu giảm càng xa trong tương lai, từ các quy trình sản xuất, khai thác mỏ, cũng như các quy trình phía trên", bà nói.
Nhưng các hóa chất được sử dụng trong cathode vẫn là một mối quan tâm, cô nói, và sẽ cần phải được giải quyết bằng cách đầu tư nhiều hơn vào nghiên cứu pin natri-ion.
Vậy, điều gì đang ngăn chặn việc sử dụng pin natri-ion nhiều hơn?Giá thấp của lithium, giữ cho nó cạnh tranh với natri.
Sau khi tăng vọt lên mức kỷ lục 83.000 USD mỗi tấn vào tháng 11 năm 2022,giá lithiumđã giảm kể từ đó, đạt mức thấp chỉ 8.400 USD mỗi tấn vào tháng trước, vì xe điện (EV) đã được bán chậm hơn dự kiến.
Một trở ngại khác là natri ít mật độ hơn lithium, có nghĩa là cần nhiều không gian và năng lượng hơn để giữ cùng một điện tích.
Điều này dẫn đến một pin lớn hơn, nặng hơn, không phải là lý tưởng trong xe của bạn hoặc trong điện thoại của bạn, ví dụ.
Thay vì hoàn toàn thay thế lithium, natri cần tìm ứng dụng thích hợp nơi khối lượng và trọng lượng không phải là vấn đề, Zhang nói.
Khi các nhà khoa học tiếp tục làm việc để cải thiện mật độ năng lượng của chúng, một nơi thích hợp cho pin natri-ion là trong các hệ thống lưu trữ năng lượng tĩnh,nơi năng lượng có thể được lưu trữ và xả khi cần thiết để cân bằng lưới điện.
Trong thực tế, Bloomberg New Energy Finance (BNEF) hiện đangdự đoánmột thị phần 15% cho pin natri-ion trong lưu trữ năng lượng vào năm 2035, tăng từ 1% hiện nay.
Tại Hoa Kỳ, Natron Energy có trụ sở tại Thung lũng Silicon đang sản xuất pin natri-ion để lắp đặt trong các trung tâm dữ liệu và các công ty điện toán đám mây, cũng như bộ sạc nhanh EV.
Nó gần đây đã phá vỡ đất trên một1,4 tỷ USD nhà máy mới ở Bắc Carolina, đại diện cho sự gia tăng 40 lần công suất.
Trong khi đó, ở Anh, Faradion, một công ty con của Reliance New Energy Ltd của Ấn Độ, đangsản xuất pin natri-ioncho vận chuyển, lưu trữ và năng lượng dự phòng.
Và ở Pháp, TIAMAT, một công ty mà Tarascon phục vụ như một cố vấn khoa học, đã phát minh ra pin natri-ion đầu tiên được thiết kế để sử dụng trong một sản phẩm thương mại:máy khoan điện không dây.
Tháng trước, nóký hợp đồng với công ty công nghệ Mỹ Endeavourđể sản xuất pin cho các trung tâm dữ liệu AI.
Tuy nhiên, người sử dụng pin natri lớn nhất làTrung QuốcTrung Quốc đã thống trị thị trường pin lithium-ion, đó là một lý do khiến nước này dễ dàng chuyển đổi, Zhang nói.
Các công ty Trung Quốc đã đầu tư hơn 7,6 tỷ USD vào công nghệ ion natri, với 27các cơ sở sản xuất mớiđược công bố trong năm 2024 một mình.
Các công ty như Yadea, HiNa và Contemporary Amperex Technology (CATL) hiện đang xây dựng một lợi thế cạnh tranh trên thị trường pin natri ion toàn cầu,thực hiện một bước tiến lớn khác trong ngành công nghiệp công nghệ sạch của đất nước.
Và không giống như các đối tác phương Tây của họ, họ đã đưa xe chạy bằng natri lên đường.
Yadea, ví dụ, đang bắt đầu bánxe đạp điệnchạy bằng natri sau khi một thành côngDự án thí điểm với 150.000 người chuyển thức ănở Shenzhen.
Trong khi những chiếc xe hai bánh này chỉ có phạm vi khoảng 70 km, nhà sản xuất đã xây dựng các trạm trao đổi pin nơi chủ sở hữu có thể thay pin cạn kiệt trong vòng chưa đầy một phút,thay vì phải đợi hàng giờ để sạc lại.
CATL, nhà sản xuất pin lớn nhất thế giới cho xe điện và lưu trữ năng lượng,công bố một kế hoạch đầu năm nay để sản xuất hàng loạt pin natri-ion cho xe tải hạng nặng và xe hơi dưới một thương hiệu mới được gọi làNaxtra.
Xe máy điện và xe đạp đã phổ biến ở Trung Quốc, với một số55 triệu được bánchỉ trong năm 2023.
Bây giờ, những cuộc đột kích của đất nước vào xe chạy bằng pin natri có thể tạo ra tiềm năng lớn cho sự mở rộng trên toàn cầu Nam, đặc biệt là ở châu Á và châu Phi, Kate Logan nói,Giám đốc Trung tâm Khí hậu Trung Quốc và ngoại giao khí hậu tại Đại học Hoa Kỳ.S-basedViện Chính sách Xã hội Châu Á.
Vì việc sử dụng xe hai và ba bánh tập trung ở miền Nam toàn cầu, các thị trường này sẽ quan trọng hơn đối với các công ty Trung Quốcthay vì được thúc đẩy bởi các yếu tố như căng thẳng thương mại và thiếu tiếp cận với thị trường Bắc toàn cầuCô ấy giải thích.
Chuyển đổi những chiếc xe đạp và xe bán buôn này sang điện trên các thị trường miền Nam toàn cầu sẽ có tác động đáng kể đến cả khí thải và sử dụng nhiên liệu hóa thạch, bà nói thêm.
Về phần mình, Tarascon thấy một sự thay đổi lớn trong kích thước xe hơi trong thập kỷ tới ở miền Bắc toàn cầu.
"Chúng ta sẽ có những chiếc xe hơi nhỏ hơn trong các thành phố, nhiều xe taxi hơn, và nhiều phương tiện tầm ngắn hơn, vì vậy tự động, pin natri-ion sẽ có một trò chơi lớn để chơi", ông nói.
Nếu tôi nhìn vào tương lai, công nghệ này chắc chắn sẽ được cải thiện, và tôi nghĩ rằng nó sẽ giành được một phần lớn của thị trường bởi vì có một nhu cầu rất lớn cho năng lượng pin,và lithium-ion không thể làm tất cả.
