Trong bối cảnh toàn cầu chuyển dịch sang các nguồn năng lượng sạch hơn, nhu cầu về giải pháp lưu trữ năng lượng hiệu quả ngày càng tăng cao. Pin lithium-ion với mật độ năng lượng cao đã trở thành lựa chọn hàng đầu trong nhiều ngành công nghiệp. Tuy nhiên, khi triển khai ở quy mô lớn, chi phí sản xuất và hiệu suất của loại pin này vẫn còn là thách thức lớn.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Thanh Hoa (Trung Quốc) đã đạt được bước đột phá trong việc hiểu rõ mối quan hệ giữa cấu trúc vi mô của điện cực và quá trình thấm ướt chất điện phân. Sử dụng công nghệ chụp cắt lớp vi tính X-quang tiên tiến, các nhà khoa học đã tái tạo hình ảnh ba chiều của điện cực, cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách chất điện phân thâm nhập vào các lỗ rỗng bên trong. Điều này giúp cải thiện khả năng di chuyển của ion trong pin, hướng tới việc sản xuất pin ổn định và có mật độ năng lượng cao trên quy mô lớn.​

Quá trình thấm ướt chất điện phân là yếu tố then chốt trong hiệu suất của pin lithium-ion, quyết định khả năng chất điện phân lan tỏa và lấp đầy các lỗ rỗng trong điện cực, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả vận chuyển ion và hiệu suất tổng thể của pin. Nghiên cứu chỉ ra rằng, quá trình sản xuất, đặc biệt là áp lực cán và tỷ lệ vật liệu hoạt tính, ảnh hưởng đáng kể đến độ xốp của điện cực. Độ xốp giảm dẫn đến khả năng thấm ướt kém, làm giảm hiệu suất của pin.​ Ngoài ra, hai yếu tố khác cũng góp phần vào việc thấm ướt không hoàn toàn là: sự đóng một phần của các lỗ rỗng do quá trình cán và sự mắc kẹt của các khí không thấm ướt trong chất điện phân. Những phát hiện này cung cấp cơ sở khoa học để các nhà sản xuất pin tối ưu hóa quy trình sản xuất, cải thiện hiệu quả thấm ướt và giảm chi phí sản xuất.​

Nghiên cứu cũng mở ra nhiều hướng đi mới cho việc phát triển công nghệ pin. Các nhà sản xuất có thể khám phá các cấu hình hình học mới cho điện cực và bộ phân tách, nhằm cải thiện quá trình thấm ướt và nâng cao thiết kế cấu trúc của pin. Dữ liệu mới từ nghiên cứu cũng hỗ trợ việc phát triển các mô hình số đa tỷ lệ, đa vật lý, giúp hiểu rõ hơn về các cơ chế và tương tác ở cấp độ điện cực - chất điện phân.​ Hơn nữa, việc nghiên cứu ảnh hưởng của rung động trong quá trình ngâm có thể giúp xác định cách các khí không thấm ướt bị mắc kẹt trong điện cực, từ đó cải thiện thể tích thâm nhập của chất điện phân và quá trình thấm ướt. Để giảm chi phí sản xuất, các nhà nghiên cứu đề xuất sử dụng dữ liệu ở cấp vi mô để xây dựng các mô hình mô phỏng ở cấp vĩ mô, xác định chính xác thời gian bão hòa trong quá trình sản xuất.​

Những phát hiện của nghiên cứu không chỉ giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của pin lithium-ion mà còn góp phần vào việc giảm chi phí, mở đường cho việc sản xuất pin dung lượng cao với giá thành hợp lý hơn. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh nhu cầu về xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng tái tạo ngày càng tăng.

Nguồn: vjst.vn