Bước đột phá pin lithium kim loại: Giải quyết giới hạn mật độ năng lượng và mở ra kỷ nguyên mới cho xe điện, drone và thiết bị điện tử

[Mr Bens]

Bạn đã bao giờ trải qua những khoảnh khắc khó chịu khi pin điện thoại cạn đúng lúc quan trọng, chủ xe điện lo lắng về quãng đường đi xa, hay người chơi drone thất vọng vì thời gian bay quá ngắn chưa? Cốt lõi của những vấn đề này là mật độ năng lượng của pin chưa đủ cao. Một bước tiến từ phòng thí nghiệm Trung Quốc đang thay đổi thực tế này.

Hãy tưởng tượng một viên pin cùng kích thước nhưng lưu trữ năng lượng gấp 2 đến 3 lần hiện tại. Các nhà khoa học tại Đại học Thiên Tân đã biến điều đó thành hiện thực. Họ phát triển chất điện phân mới gọi là “phi định xứ”, chế tạo thành công cell pin mềm có mật độ năng lượng trên 600 watt-giờ/kg và module pin đạt 480 watt-giờ/kg. Đây là mức vượt xa pin lithium-ion thông thường, đánh dấu bước tiến lớn được công bố trên tạp chí Nature ngày 13/8.

Điều này đặc biệt quan trọng vì pin lithium kim loại vốn được kỳ vọng vượt trội về mật độ năng lượng nhưng gặp nhiều rào cản. Khi tăng tốc độ sạc và xả, các dendrites hình kim thường mọc trên bề mặt lithium, có thể xuyên qua lớp ngăn cách và gây đoản mạch, cháy nổ. Trong khi đó, các nỗ lực ổn định giao diện điện cực và điện phân lại làm giảm hiệu suất pin. Ngoài ra, qua nhiều chu kỳ sạc, lithium hoạt động bị mất đi, hình thành “lithium chết”, lớp bảo vệ liên tục hỏng và tự sửa chữa, khiến tuổi thọ pin giảm mạnh. Vì vậy, dù tiềm năng lớn, pin lithium kim loại lâu nay bị giới hạn trong phòng thí nghiệm.

Thiết kế mới và ứng dụng thực tế​

Nhóm của Giáo sư Hồ Văn Bân đã giải quyết vấn đề bằng thiết kế chất điện phân “phi định xứ”. Không còn phụ thuộc vào một phân tử dung môi hoặc anion duy nhất, công nghệ này tận dụng hiệu ứng hiệp đồng của nhiều thành phần, tạo ra môi trường vi mô hỗn loạn nhưng hiệu quả, giúp ion di chuyển thuận lợi hơn. Nhờ đó, mật độ năng lượng cao đi kèm với hiệu suất tổng thể, độ ổn định giao diện điện cực – điện phân được cải thiện, điện trở sạc xả giảm đáng kể.

Thành công trong phòng thí nghiệm mới chỉ là bước đầu. Nhóm nghiên cứu đã xây dựng dây chuyền sản xuất thử nghiệm pin lithium kim loại mật độ cao và thử nghiệm trên ba máy bay không người lái mini. Kết quả thật ấn tượng: drone sử dụng pin mới có thời gian bay dài hơn 2,8 lần so với pin truyền thống. Điều này chứng minh công nghệ không chỉ đúng về lý thuyết mà còn khả thi ngoài thực tế.

Trong tương lai, pin kiểu mới có thể giúp drone bay xa hơn, xe điện đi hàng nghìn km sau một lần sạc, máy bay điện và thiết bị cầm tay đạt thời lượng vượt trội. Sự đổi mới này từ các nhà khoa học Trung Quốc mở rộng ranh giới hiệu suất pin, đồng thời thúc đẩy phát triển ngành vận tải điện, kinh tế vùng thấp và toàn bộ lĩnh vực lưu trữ năng lượng. (Sohu)