Giải pháp của họ là thiết kế pin ion natri sử dụng chất điện phân không bắt lửa, có khả năng trùng hợp hóa và nhanh chóng đông đặc dưới nhiệt độ cực cao, tạo thành một lớp bảo vệ an toàn bên trong.

Hiện tượng quá nhiệt từ lâu đã là một thách thức trong công nghệ pin, đặc biệt là pin lithium-ion, loại pin thường sử dụng chất điện phân dễ cháy. Mối lo ngại này càng được quan tâm hơn với sự gia tăng sử dụng xe điện (EV), do kích thước pin trong các loại xe này.

Hiện tượng này là một phản ứng dây chuyền tự tăng tốc, trong đó pin rơi vào trạng thái nóng lên không kiểm soát. Khi đạt đến một nhiệt độ nhất định, các chất hóa học bên trong pin bắt đầu phản ứng, giải phóng thêm nhiệt. Nhiệt lượng này sau đó lại đẩy nhanh các phản ứng, tạo ra nhiều nhiệt hơn nữa trong một vòng luẩn quẩn. Chỉ trong vài mili giây hoặc vài phút, nhiệt độ có thể tăng vọt lên đến 1.292-1.832 °F (700-1.000 °C). Điều này thường dẫn đến việc giải phóng khí độc, cháy nổ dữ dội.

Hơn nữa, vì pin tự tạo ra oxy trong phản ứng này, nên các bình chữa cháy truyền thống thường không thể dập tắt được. Thông thường, bạn phải đợi cho đến khi pin tự cháy hết. Hiện tượng quá nhiệt có thể do nhiều nguyên nhân gây ra, bao gồm hư hỏng pin, quá nhiệt, sạc quá mức, lỗi sản xuất, tiếp xúc với nước mặn và hỏa hoạn bên ngoài.

Nghe có vẻ đáng sợ, nhưng đừng lo lắng. Theo EV FireSafe, khả năng xe điện của bạn tự bốc cháy do sự cố về pin chỉ khoảng 0,0012%. Con số này có được nhờ kỹ thuật tiên tiến và lượng tài nguyên, nỗ lực khổng lồ.

Các nhà sản xuất pin dành nhiều năm nghiên cứu và thiết kế mọi khía cạnh của pin, từ thành phần hóa học của các cell pin đến cấu trúc điện. Sau đó thường là quá trình sản xuất rất chính xác, tiếp theo là nhiều vòng thử nghiệm nghiêm ngặt. Ngoài những yếu tố này, các nhà sản xuất còn thiết kế nhiều hệ thống giám sát, làm mát, bảo vệ và an toàn xung quanh pin.

Tất cả những biện pháp này đều đòi hỏi nhiều năm nỗ lực và chi phí có thể dễ dàng lên tới hàng tỷ đô la. Do đó, bạn có thể hiểu tại sao giải pháp mà các nhà nghiên cứu đề xuất, một loại pin tích hợp hệ thống phòng cháy chữa cháy, lại là một bước đột phá đáng kể.

Hệ thống của họ là một cục pin tích hợp tường lửa thông minh, tự động ngăn ngừa các đám cháy tiềm tàng trước khi chúng bắt đầu.

Không giống như các loại pin lithium-ion truyền thống sử dụng chất điện phân lỏng dễ cháy – thường là các cacbonat hữu cơ như etylen cacbonat (EC), dimetyl cacbonat (DMC) và etyl cacbonat – thiết kế mới này dựa trên ion natri. Nó có chất điện phân không cháy có khả năng trùng hợp (PNE). Khi nhiệt độ bên trong pin vượt quá 150 °C (302 °F), chất điện phân lỏng sẽ trải qua phản ứng hóa học nhanh chóng và đông đặc lại. Lớp chắn rắn này hoạt động như một "tường lửa" bên trong, ngăn chặn sự lan truyền nhiệt và cắt đứt các phản ứng dây chuyền thường dẫn đến nổ.

Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Energy, các nhà nghiên cứu đã mô tả chi tiết hiệu suất hoạt động của hệ thống trong các thử nghiệm. Pin chịu được nhiệt độ bên ngoài lên đến 300 °C (572 °F) mà không gây ra hiện tượng quá nhiệt. Pin cũng vượt qua các thử nghiệm xuyên đinh, mô phỏng đoản mạch bên trong, với cấu trúc hoàn toàn nguyên vẹn.

Và bất chấp các tính năng an toàn bổ sung, pin vẫn duy trì mật độ năng lượng cạnh tranh ở mức 211 Wh/kg và hoạt động đáng tin cậy trong phạm vi nhiệt độ từ -40 °C đến 60 °C (−40 °F đến 140 °F).

Lý do người ta ưa chuộng ắc quy ion natri hơn ion liti khá đơn giản. Hệ thống ắc quy ion natri vốn dĩ ổn định nhiệt hơn. Chúng sử dụng các vật liệu ít phản ứng hơn, do đó ít xảy ra các phản ứng vượt tầm kiểm soát. Điều này tạo nền tảng lý tưởng cho các cơ chế an toàn tích hợp như chất điện phân tự đông đặc.

Ngược lại, pin ion natri có mật độ năng lượng thấp hơn, nghĩa là chúng lưu trữ ít năng lượng hơn trên mỗi đơn vị thể tích so với pin ion liti. Tuy nhiên, đây là cái giá chấp nhận được để đổi lấy những lợi ích mà hệ thống này mang lại.

Trước hết, nó loại bỏ khả năng xảy ra hỏa hoạn. Đó là một thắng lợi lớn về mặt an toàn. Hơn nữa, hệ thống an toàn này hoạt động thụ động nhưng lại rất hiệu quả. Bạn không cần máy tính hay bơm làm mát để "phát hiện" hỏa hoạn. Chính thành phần hóa học của pin hoạt động như một cầu chì vật lý.

Thêm vào đó, vì pin vốn dĩ an toàn, nên nó làm giảm nhu cầu về các "két sắt" chống cháy nặng nề và đắt tiền bao quanh chúng. Điều này giúp toàn bộ chiếc xe nhẹ hơn và rẻ hơn trong quá trình sản xuất.