Kỳ tích mới của Trung Quốc: Phát minh thành công 'chất phụ gia' giúp pin xe điện hoạt động tới 3.000 chu kỳ, mở ra kỷ nguyên pin bỏ xa thế giới

Pin lithium kim loại (Lithium Metal Batteries – LMBs) đang được kỳ vọng trở thành bước đột phá tiếp theo trong công nghệ lưu trữ năng lượng.

Pin lithium kim loại có khả năng tích trữ năng lượng lớn hơn nhiều so với pin lithium-ion hiện nay, vốn được sử dụng phổ biến trong điện thoại, máy tính xách tay và xe điện. Nếu khắc phục được những hạn chế kỹ thuật, LMBs có thể mở ra kỷ nguyên mới cho thiết bị di động, xe điện và hệ thống năng lượng tái tạo.

Thách thức lớn nhất của công nghệ này nằm ở cực dương lithium kim loại. Tại đây thường xuất hiện các phản ứng hóa học không ổn định, dẫn đến hình thành “dendrite” – các tinh thể lithium dạng kim. Dendrite có thể xuyên thủng pin, gây mất an toàn và rút ngắn tuổi thọ sản phẩm. Các loại điện giải truyền thống còn khiến tình trạng này nghiêm trọng hơn, làm pin nhanh xuống cấp và khó đưa vào sản xuất đại trà.

Trong bối cảnh đó, các nhà khoa học từ Đại học Đông Nam của Trung Quốc vừa công bố một giải pháp mới. Họ phát triển một chất phụ gia điện giải mang tên 1,3-dithiane. Chất này có khả năng tái cấu trúc bề mặt điện cực và giúp pin hoạt động ổn định hơn. Theo nhóm nghiên cứu, chỉ cần bổ sung một lượng nhỏ chất này, pin có thể duy trì hiệu suất cao và kéo dài thời gian sử dụng, đồng thời giảm đáng kể nguy cơ hình thành dendrite.

Điểm đáng chú ý là 1,3-dithiane chứa hàm lượng lưu huỳnh rất cao, giúp tạo ra lớp màng bảo vệ bền vững trên cực dương. Lớp màng này đóng vai trò then chốt trong việc hạn chế các phản ứng phụ và duy trì cấu trúc ổn định bên trong pin. Kết quả là pin lithium kim loại không chỉ an toàn hơn mà còn có khả năng sạc – xả nhiều lần mà ít bị suy giảm dung lượng. Bằng chứng là các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy pin có thể thực hiện được hơn 3.000 chu kỳ sạc - xả.

Theo đánh giá của giới chuyên môn, lợi thế lớn nhất của nghiên cứu này nằm ở tính thực tiễn và chi phí thấp. Giải pháp không đòi hỏi thay đổi lớn trong dây chuyền sản xuất hiện có. Điều đó đồng nghĩa với việc các hãng sản xuất pin có thể nhanh chóng ứng dụng để thương mại hóa pin lithium kim loại ở quy mô công nghiệp.

Nếu được triển khai thành công, công nghệ này sẽ mang lại tác động lớn cho ngành ô tô điện toàn cầu. Xe điện hiện nay vẫn chịu nhiều hạn chế về phạm vi di chuyển do dung lượng pin có giới hạn. LMBs hứa hẹn mang lại quãng đường xa hơn, thời gian sạc ngắn hơn và độ bền cao hơn. Đây cũng là yếu tố quan trọng để ngành năng lượng tái tạo tận dụng, khi nhu cầu lưu trữ điện gió và điện mặt trời ngày càng lớn.

Nghiên cứu đã nhận được sự hỗ trợ từ Chương trình Nghiên cứu và Phát triển trọng điểm quốc gia và Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc. Điều này cho thấy sự quan tâm mạnh mẽ của chính phủ và giới học thuật đối với việc thúc đẩy công nghệ pin thế hệ mới.

Trong bối cảnh cạnh tranh toàn cầu gay gắt, đặc biệt là cuộc đua xe điện, những tiến bộ trong pin lithium kim loại có thể trở thành lợi thế chiến lược. Với những kết quả bước đầu, các nhà nghiên cứu tin rằng công nghệ này đang tiến gần hơn đến việc ứng dụng thực tế và mở ra một chương mới cho ngành năng lượng sạch.

Theo Interesting Engineering