Công nghệ pin giúp xe điện chạy 800 km với 12 phút sạc

Live Science hôm 15/9 đưa tin các nhà khoa học Hàn Quốc sử dụng một sáng kiến thông minh để giải quyết thách thức lớn đối với pin xe điện, nhờ đó bộ pin lithium-kim loại thế hệ mới có thể cung cấp năng lượng cho hành trình 800 km chỉ với 12 phút sạc.

Cả pin lithium-ion và lithium-kim loại đều chứa chất điện phân lỏng, vận chuyển ion lithium giữa cực âm và cực dương trong khi pin đang sạc và xả điện. Khác biệt giữa hai loại pin ở chỗ graphite trong pin lithium-ion được thay thế bằng kim loại lithium. Mật độ năng lượng (lượng điện mà pin có thể lưu trữ so với trọng lượng hoặc thể tích của nó) là yếu tố quan trọng quyết định xe điện có thể chạy bao xa với một lần sạc.

Trước đây, các nhà khoa học chưa thể chế tạo pin lithium-kim loại hiệu quả do "dendrite", hợp chất kết tinh dạng nhánh phát triển trên cực dương trong quá trình sạc làm giảm hiệu suất pin theo thời gian. Điều này càng tồi tệ hơn khi sạc nhanh, dẫn tới tăng nguy cơ pin bị đoản mạch.

Các nhà nghiên cứu đứng đầu là Hee Tak Kim, giáo sư kỹ thuật hóa học và sinh học phân tử tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST), phát hiện nguyên nhân hình thành dendrite là kết dính không đồng đều trên bề mặt kim loại lithium. Họ nhận ra rằng ion lithium không lắng đọng đều trên cực dương trong quá trình sạc, tạo ra các điểm yếu cho phép dendrite hình thành.

Trong nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nature Energy, nhóm nghiên cứu ở KAIST tìm ra cách ngăn chặn sự phát triển của dendrite thông qua sử dụng một chất điện phân lỏng mới. Chất điện phân lỏng ngăn cản kết dính, cản trở dendrite phát triển, tăng cường khả năng sạc nhanh và kéo dài tuổi thọ của pin lên hơn 300.000 km.

Kim và đồng nghiệp phát triển chất điện phân lỏng có cấu trúc hóa học đảm bảo các ion lắng đọng đều hơn trên bề mặt cực dương, ngăn chúng tụ lại thành dendrite. Trong những thử nghiệm, pin sạc từ 5% lên 70% trong 12 phút và duy trì tốc độ đó qua 350 chu kỳ. Một phiên bản có dung lượng cao hơn đạt 80% sạc sau 17 phút qua 180 chu kỳ sạc.

Theo Kim, công nghệ của họ vượt qua tốc độ sạc chậm vốn là một hạn chế lớn của pin lithium-kim loại hiện nay, đồng thời duy trì mật độ năng lượng cao giúp mở rộng phạm vi lái xe dài và hoạt động ổn định ngay cả khi sạc nhanh. Nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục hoàn thiện thiết kế pin để tiến đến thương mại hóa sản phẩm.

An Khang (Theo Live Science, Interesting Engineering)