KAIST giới thiệu pin kim loại lithium chống gai với tầm hoạt động tăng 33%

Các nhà nghiên cứu từ Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) vừa công bố một loại pin kim loại lithium chống dendrite mới, cho tầm chạy cao hơn 33% so với pin lithium-ion truyền thống chỉ với một lần sạc. Bên cạnh việc gia tăng quãng đường chạy từ 600 km lên 800 km, thiết kế đột phá này còn cho thời gian sạc nhanh 12 phút và tuổi thọ trên 300.000 km.

Trong bản thông cáo báo chí công bố pin EV kim loại lithium mới, các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Tiên phong (FRL) của tổ chức lưu ý rằng dự án hợp tác kéo dài hơn bốn năm đã “mở ra kỷ nguyên mới cho công nghệ pin ô tô điện” bằng cách giải quyết vấn đề hình thành dendrite trong pin kim loại lithium.

Không giống như pin lithium-ion thông thường như loại đang được sử dụng trong ô tô điện hiện nay, cực âm bằng kim loại trong pin kim loại lithium được làm từ kim loại thay vì graphite. Mặc dù thiết kế này được biết đến với khả năng tăng dung lượng lưu trữ năng lượng và do đó mở rộng tầm chạy của ô tô điện, công nghệ vẫn gặp phải hạn chế lớn: khi sạc lại, pin kim loại lithium hình thành các cấu trúc nhỏ giống cây trên cực âm gọi là dendrite.

Việc tích tụ tinh thể dendrite lithium trên các điện cực giảm hiệu suất và có thể dẫn đến ngắn mạch, làm hỏng pin vĩnh viễn. Nhóm nghiên cứu lưu ý rằng hiện tượng này càng rõ rệt hơn trong điều kiện sạc nhanh, khiến việc sạc pin này trở nên “rất khó khăn” ở tốc độ cao.

Theo tuyên bố của họ, “nguyên nhân cốt lõi của sự hình thành dendrite trong quá trình sạc nhanh pin kim loại lithium là do tính liên kết không đồng nhất trên bề mặt kim loại lithium.” Để ngăn ngừa sự phát triển của dendrite, nhóm FRL, một dự án chung giữa Giáo sư Hee Tak Kim từ Khoa Kỹ thuật Hóa học và Sinh học phân tử của KAIST và LG Energy Solution, đã điều tra nguyên nhân của hiện tượng này.

Theo Giáo sư Kim, nhóm đã tìm cách thay đổi động lực bên trong pin bằng cách phát triển “loại chất điện phân lỏng ức chế liên kết” mới nhằm ngăn chặn hình thành dendrite. Khác với chất điện phân sử dụng trong pin kim loại lithium truyền thống, họ sử dụng chất điện phân có cấu trúc anion với “lực kết hợp yếu” đối với ion lithium bên trong dung dịch, “giảm thiểu tính không đồng nhất tại giao diện lithium.”

Kết quả thử nghiệm cho thấy vật liệu mới hiệu quả trong việc ức chế tăng trưởng dendrite trên cực âm kim loại. Nhóm nghiên cứu cho biết hiệu quả này vẫn duy trì “ngay cả trong điều kiện sạc nhanh,” đồng thời khắc phục hạn chế sạc chậm vốn là “một trong những điểm yếu lớn của pin kim loại lithium hiện có,” đồng thời giữ vững “mật độ năng lượng cao.”

Giáo sư Kim chia sẻ rằng nỗ lực nghiên cứu bốn năm để kéo dài tầm chạy và cho phép sạc nhanh pin kim loại lithium “có thể trở thành nền tảng then chốt để vượt qua các thách thức kỹ thuật của pin kim loại lithium bằng cách hiểu rõ cấu trúc giao diện.”

Nghiên cứu “Covariance of interphasic properties and fast chargeability of energy-dense lithium metal batteries” đã được công bố trên tạp chí Nature Energy.

Tầm quan trọng với thị trường Việt Nam

Pin EV kim loại lithium chống dendrite với tầm hoạt động mở rộng và thời gian sạc nhanh có thể thúc đẩy sự phát triển của ngành xe điện tại Việt Nam, nơi đang dần chuyển đổi sang phương tiện xanh. Việc mở rộng phạm vi hoạt động lên đến 800 km và giảm thời gian sạc xuống chỉ còn 12 phút sẽ giải quyết lo lắng về quãng đường và thời gian chờ sạc. Đồng thời, tuổi thọ trên 300.000 km tương đương với sự bền bỉ dài hạn, giúp giảm chi phí bảo trì và nâng cao độ tin cậy cho người dùng. Đây có thể là bước đột phá giúp Việt Nam tăng trưởng cơ sở hạ tầng sạc, khuyến khích người dân chuyển sang xe điện, giảm ô nhiễm và hỗ trợ các mục tiêu phát triển bền vững.