Pin thể rắn an toàn và bền hơn chỉ nhờ một thao tác đơn giản
Các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Ulsan (UNIST, Hàn Quốc) vừa giới thiệu một kỹ thuật mới nhằm nâng cao hiệu suất pin thể rắn dùng polymer – loại pin đang được xem là hướng phát triển quan trọng cho xe điện trong tương lai.
Bằng cách kéo giãn lớp chất điện phân polymer, nhóm nghiên cứu tạo ra sự thay đổi trong cấu trúc vi mô, giúp ion lithium di chuyển dễ dàng hơn và cải thiện đáng kể độ bền của pin.
Nhóm nghiên cứu đã chế tạo pin thử nghiệm bằng cách sử dụng chất điện phân kéo dài và cực âm LFP
Kết quả thử nghiệm cho thấy, loại pin sử dụng chất điện phân polymer đã được kéo căng có thể giữ lại khoảng 78% dung lượng sau 200 chu kỳ sạc – xả. Trong khi đó, mẫu pin dùng chất điện phân polymer thông thường chỉ duy trì được khoảng 55% dung lượng dưới cùng điều kiện.
Nhóm nghiên cứu lý giải rằng thao tác kéo giãn giúp các chuỗi polymer vốn xoắn rối trở nên thẳng và liên tục hơn, tạo điều kiện cho ion di chuyển mượt mà. Nhờ đó, tốc độ khuếch tán ion tăng gần 4,8 lần, còn độ dẫn ion cũng cao hơn khoảng 72% so với mẫu không kéo.
Bên cạnh cải thiện hiệu năng, chất điện phân mới cũng cho thấy khả năng chống cháy tốt hơn. Trong các thử nghiệm, khi đưa vào ngọn lửa, vật liệu chỉ bùng lên trong vài giây rồi tự tắt, giảm nguy cơ gây cháy lan – vấn đề vốn là hạn chế lớn của pin lithium-ion sử dụng chất điện phân lỏng.
Để tăng độ ổn định, nhóm nghiên cứu còn bổ sung bột ceramic LLZTO vào nền polymer, giúp màng chất điện phân cứng cáp hơn trong khi vẫn giữ độ dẫn ion cao.
Kỹ thuật kéo giãn tiếp tục được kiểm chứng khi lắp vào pin sử dụng cực dương LFP. Kết quả cho thấy pin thể rắn sử dụng màng polymer đã kéo căng hoạt động ổn định hơn rõ rệt so với phiên bản thông thường. Theo nhóm phát triển, ưu điểm của chất điện phân polymer là dễ sản xuất và linh hoạt hơn so với vật liệu gốm, do đó phương pháp này có thể áp dụng cho nhiều loại polymer khác nhau và phù hợp với quy mô sản xuất lớn.
Nghiên cứu từ UNIST được đánh giá là bước tiến đáng chú ý trong nỗ lực đưa pin thể rắn trở thành lựa chọn khả thi cho xe điện đại trà. Dù chưa thể tạo ra một cuộc thay đổi tức thì, công nghệ mới mở ra hướng cải thiện độ bền, độ an toàn và khả năng chế tạo – những yếu tố then chốt để pin thể rắn tiến gần hơn tới ứng dụng thực tế trên ô tô điện.
