Công nghệ pin mới có thể giúp xe điện sạc đầy trong 12 phút

Theo thông tin do Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) công bố, công nghệ mới có thể giải quyết một trong những rào cản lớn nhất khiến pin lithium-kim loại chưa thể thương mại hóa rộng rãi.

Khi xe điện ngày càng được sử dụng phổ biến trên toàn cầu, các hãng xe đang tìm kiếm loại pin có mật độ năng lượng cao hơn và thời gian sạc nhanh hơn, thay vì phải chờ hàng giờ như hiện nay.

Pin lithium-kim loại được xem là ứng viên tiềm năng thay thế pin lithium-ion truyền thống. Về lý thuyết, pin lithium-kim loại có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn trong cùng một khối lượng.

Khó khăn lớn nhất xuất hiện trong quá trình sạc pin. Khi dòng điện đi qua, lithium có xu hướng hình thành các cấu trúc tinh thể nhỏ dạng kim. Các cấu trúc sắc nhọn này có thể xuyên qua lớp ngăn bên trong pin, gây ngắn mạch, làm giảm nhanh dung lượng pin và thậm chí dẫn tới cháy nổ.

Công nghệ mới về pin điện. Ảnh minh họa: IE

Trong nhiều nghiên cứu trước đây, mật độ dòng điện khoảng 4 mA/cm2 đã được xem là mức khá cao đối với pin lithium-kim loại.

Thay vì chỉ thay đổi vật liệu pin, các nhà khoa học tập trung thiết kế lại cấu trúc điện tử của hệ thống điện giải. Nhóm đã bổ sung thiophene vào dung dịch điện giải. Chất này tạo ra một lớp bảo vệ đặc biệt trên bề mặt lithium.

Khác với các lớp phủ tĩnh thông thường, lớp bảo vệ này có khả năng tự điều chỉnh cấu trúc điện tử trong quá trình pin hoạt động. Khi các ion lithium di chuyển, sự phân bố điện tích trong lớp này cũng thay đổi theo, tạo ra những “đường dẫn” ổn định cho ion lithium.

Các nhà nghiên cứu ví cơ chế này giống như một hệ thống điều tiết giao thông thông minh, có thể điều chỉnh luồng di chuyển để tránh tắc nghẽn. Nhờ đó, lithium được lắng đọng đồng đều hơn và hạn chế sự hình thành dendrite.

Trong thử nghiệm, pin có thể hoạt động ổn định ngay cả khi sạc với mật độ dòng điện hơn 8 mA/cm2, mức gần tương đương với yêu cầu sạc nhanh trong các hệ thống xe điện thực tế.

Các nhà khoa học sử dụng kính hiển vi lực nguyên tử tại chỗ để quan sát quá trình lắng đọng lithium ở cấp độ nanomet. Kết quả cho thấy lithium được phân bố đồng đều trên bề mặt điện cực ngay cả khi sạc ở tốc độ cao, chứng tỏ pin duy trì được độ ổn định cơ học và cấu trúc.

Một ưu điểm quan trọng khác là công nghệ này tương thích với nhiều vật liệu catot phổ biến hiện nay.

Theo giáo sư Nam-Soon Choi, công nghệ này có thể trở thành nền tảng cho thế hệ pin xe điện sạc siêu nhanh trong tương lai, vừa cho phép sạc cực nhanh vừa đảm bảo tuổi thọ dài.

Duy Anh