Mới đây, nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Daegu Gyeongbuk (Hàn Quốc) đã công bố phương pháp cải thiện vượt bậc độ ổn định của cực dương lithium kim loại siêu mỏng - một yếu tố then chốt trong cuộc đua phát triển pin thế hệ mới. Khám phá này có thể mở đường cho việc thương mại hóa pin lithium kim loại có hiệu suất cao, độ bền lâu và độ an toàn cao, đặc biệt trong lĩnh vực xe điện.

Theo GS Yu Jong-sung - người dẫn đầu nhóm nghiên cứu, mục tiêu chính của nghiên cứu là vượt qua các giới hạn vốn có của lithium kim loại siêu mỏng, đồng thời tăng cường độ ổn định tổng thể của loại pin này. Trong quá khứ, các vấn đề về an toàn và tuổi thọ đã ngăn cản việc triển khai rộng rãi pin lithium kim loại, bất chấp tiềm năng trữ năng lượng cao gấp hơn 10 lần so với cực dương than chì truyền thống.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển một chất phụ gia chất điện phân mới - bạc trifluoromethanesulfonat (AgCF3SO3 hay AgTFMS). Chất này giúp hình thành đồng thời 2 lớp bảo vệ trên bề mặt cực dương lithium: một lớp bạc (Ag) và một lớp lithium fluoride (LiF). Cấu trúc kép này đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự hình thành các nhánh lithium dạng tua (dendrite) - nguyên nhân chính gây đoản mạch và cháy nổ trong pin. Trong quá trình sạc - xả, lithium có xu hướng kết tinh theo dạng nhánh nhọn, dẫn đến suy giảm hiệu suất và rủi ro an toàn. Nhờ lớp SEI (solid electrolyte interphase) hiệu suất cao được hình thành một cách đơn giản, nhóm nghiên cứu đã cải thiện đồng thời cả tuổi thọ và hiệu suất hoạt động của pin. Đặc biệt, nghiên cứu tập trung vào cực dương lithium siêu mỏng chỉ dày 20 μm - một độ dày cần thiết để hướng đến ứng dụng thực tế. Tuy nhiên, pin càng mỏng thì càng dễ mất ổn định. Qua phân tích bề mặt chi tiết, nhóm nghiên cứu xác nhận rằng, lớp bảo vệ tạo bởi AgTFMS giúp phân bố đều lithium khi sạc, từ đó giảm thiểu sự phát triển của dendrite và tăng tuổi thọ pin hơn 7 lần so với các hệ thống truyền thống.

Bên cạnh thử nghiệm thực tế, nhóm của GS Kang Jun-hee tại Đại học Quốc gia Pusan (Hàn Quốc) cũng đóng vai trò quan trọng khi xác thực cơ chế hoạt động thông qua mô phỏng tính toán. Kết quả cho thấy, tương tác giữa bạc và lithium thúc đẩy sự lắng đọng đồng đều, hỗ trợ đáng kể cho công nghệ mới này. GS Yu Jong-sung kỳ vọng, bước đột phá này sẽ thúc đẩy nhanh quá trình thương mại hóa pin lithium kim loại như một giải pháp lưu trữ năng lượng bền vững cho xe điện, máy bay không người lái, tàu thủy và nhiều ứng dụng tương lai khác.

Nguồn: vjst.vn