Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) vừa công bố bước đột phá giúp giải quyết rào cản lớn nhất của pin không cực dương (anode-free), mở ra cơ hội chế tạo các bộ pin xe điện nhỏ hơn, nhẹ hơn nhưng cho phép di chuyển quãng đường dài hơn sau mỗi lần sạc.
Thay vì dựa vào vật liệu than chì (graphite) truyền thống, loại pin này cho phép lithium tích tụ trực tiếp lên lá đồng mỏng, giúp tối ưu thể tích lưu trữ năng lượng nhưng trước đây thường nhanh xuống cấp do sự hình thành các nhánh gai lithium sắc nhọn trong quá trình sạc xả.
Pin xe điện tương lại sẽ nhỏ gọn, nhưng thời gian hoạt động vượt xa hiện tại.
Công trình được công bố ngày 22/9 bởi nhóm nghiên cứu do giáo sư Jinwoo Lee và giáo sư Hee-Tae Jung thuộc KAIST dẫn dắt, cùng sự phối hợp từ đại học Quốc gia Kyungpook và trung tâm National NanoFab. Thay vì bổ sung thêm lithium dự phòng hay dùng các lớp bọc dày làm tăng trọng lượng như các giải pháp trước đây, nhóm đã ứng dụng kỹ thuật sản xuất bán dẫn mang tên quang khắc phún xạ thứ cấp (SSL) để tái cấu trúc trực tiếp bề mặt lá đồng.
Thông qua kỹ thuật SSL, các nhà khoa học đã tạo ra hệ thống vi ống kích thước 300nm chiều ngang và 150nm chiều cao, giúp mở rộng diện tích bề mặt tiếp xúc của lá đồng lên gấp 4 lần so với bề mặt phẳng thông thường. Cấu trúc vi mô này đóng vai trò phân bổ lithium lắng đọng đồng đều tương tự như việc chia ô trong bãi đỗ xe, hạn chế tối đa hiện tượng tích tụ cục bộ gây phát sinh các sợi gai dendrite phá hủy pin.
Bên cạnh cấu trúc vi ống, nhóm nghiên cứu tiếp tục phủ thêm một lớp vật liệu hai chiều MXene chỉ dày 10nm lên lá đồng để thúc đẩy hình thành màng bảo vệ giàu lithium fluoride (LiF) trong chất điện phân LiPF6. Lớp màng bảo vệ kích thước nano này vừa ngăn chặn các phản ứng hóa học tiêu cực giữa lithium và chất điện phân, vừa ổn định hóa bề mặt điện cực nhằm giải quyết triệt để nguyên nhân gây suy giảm tuổi thọ của pin không cực dương.
Hình minh họa những khối pin xe điện.
Giáo sư Jinwoo Lee khẳng định kỹ thuật chế tạo siêu mịn này giúp nâng cao tuổi thọ pin mà không làm tăng đáng kể thể tích hay khối lượng, qua đó hỗ trợ phát triển các hệ thống lưu trữ năng lượng gọn nhẹ trên xe điện tương lai.
An An (theo ScienceDaily)
