Bước đột phá mới trong công nghệ sạc pin xe điện ‘siêu nhanh, siêu an toàn’

Hàn Quốc - Các nhà nghiên cứu tại Hàn Quốc đã thành công trong việc phát triển công nghệ sạc xe điện nhanh chóng và an toàn hơn đáng kể so với trước đây,

Theo tờ Electrek, các nhà nghiên cứu tại Đại học Chung-Ang ở Hàn Quốc đã đạt được một bước tiến đột phá trong cải tiến thời gian sạc và mức độ an toàn của pin lithium-ion (Li-ion).

Các nhà nghiên cứu phát triển thành công pin xe điện “siêu nhanh, siêu an toàn”

Được công bố trên tạp chí khoa học Energy Storage Materials, nghiên cứu của họ tập trung vào việc cải thiện pin Li-ion cho các loại xe ô tô điện.

Nguyên lý của sạc nhanh

Về mặt kỹ thuật, đẩy nhanh công suất sạc pin lithium-ion là một bài toán về sự cân bằng giữa tốc độ sạc và mức năng lượng. Trong quá trình sạc, các ion sẽ di chuyển từ cathode (cực âm) sang anode (cực dương) - thường làm bằng graphite (than chì).

Anode về cơ bản đóng vai trò như 1 cái bộ phận có thể thu thập và cất giữ ion trong lúc pin được sạc. Anode càng mỏng, mức chứa càng lớn và có thể trữ được nhiều năng lượng. Nói cách khác, cứ mỗi lần sạc, xe sẽ đi được quãng đường xa hơn.

Tuy nhiên, cực dương quá mỏng cũng khiến cho sạc nhanh trở nên khó khăn hơn bởi các ion sẽ phải di chuyển quãng đường xa hơn để đến với cực dương. Nếu những ion này không đi đủ nhanh để tiếp cận anode trong mỗi lần sạc, hiện tượng "ùn tắc" sẽ xảy ra và lithium lúc bấy giờ sẽ dồn lên bề mặt.

Hiện tượng này thường được gọi là "lithium plating" (mạ lithium) và là thứ ảnh hưởng lớn tới hiệu suất pin. Nếu những ion này đủ nhiều để bám chặt vào bề mặt của cực dương, chúng có thể tạo thành thứ phá vỡ rào cản giữa anode và chất điện phân, từ đó dẫn đến đoản mạch.

Thách thức với pin Li-ion hiện tại nằm ở việc đạt được mức sạc nhanh mà không ảnh hưởng đến mật độ năng lượng của pin, điều này ảnh hưởng đến phạm vi và thời gian sạc của xe, cùng với đó là tránh tình trạng mạ lithium có thể gây mất an toàn.

Phương pháp đột phá có khả năng thay đổi ngành xe điện

Nhóm nghiên cứu đã phát triển một cách thức để giảm nhẹ vấn đề bằng cách cải thiện thành phần điện giải trong pin. Bằng cách sử dụng LiPF6 đặc (một chất điện giải pin Li-ion) kết hợp với cacbonat tuyến tính, nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu cải thiện quá trình khử nước, điều rất quan trọng cho sự di chuyển ion nhanh chóng vào cực dương của pin. Họ tập trung đặc biệt vào các điện giải có mức năng lượng kích hoạt thấp, như cacbonat dimethyl, để tăng cường tốc độ sạc.

Kết quả cho thấy những sửa đổi điện giải này có thể cải thiện đáng kể khả năng sạc nhanh trong khi duy trì sự ổn định của pin. Các thử nghiệm thực trên một khối pin đã chứng minh rằng pin có thể giữ lại gấp ba lần mức năng lượng qua 200 chu kỳ so với ban đầu, và quan trọng hơn, nó đã ngăn chặn sự xuất hiện của hiện tượng mạ lithium.

Hơn nữa, nghiên cứu đã sử dụng phương pháp mô phỏng động học phân tử để hiểu về tác động của các nồng độ điện giải khác nhau đối với hiệu suất pin. Phương pháp kết hợp này cung cấp thông tin quý giá về cách pin trong tương lai có thể đạt được khả năng sạc siêu nhanh.

Tăng tốc độ “phủ sóng” xe điện

Nhà nghiên cứu chính và giáo sư phụ trách Janghyuk Moon tin rằng những tiến bộ này có thể làm cho việc áp dụng rộng rãi ô tô điện trở nên thực tế hơn bằng cách giảm thời gian sạc và mở rộng phạm vi của xe, từ đó khuyến khích người tiêu dùng mua xe.

Moon nói: “Bằng cách cải thiện tính động học và sự ổn định của pin trong điều kiện sạc nhanh, chúng tôi hy vọng sẽ tạo ra ảnh hưởng quan trọng đối với ngành công nghiệp ô tô điện và cuối cùng là với cuộc sống hàng ngày của tất cả mọi người.”