Các nhà nghiên cứu tại Đại học Thiên Tân đã chế tạo một loại pin đạt mật độ năng lượng vượt trội, hơn 600 watt-giờ mỗi kilogram. Mật độ năng lượng - tức là lượng năng lượng được lưu trữ trên một đơn vị khối lượng - quyết định lượng điện năng mà thiết bị có thể chứa. Mật độ năng lượng càng cao, pin càng nhỏ gọn và nhẹ hơn.
Các nhà khoa học Trung Quốc đã tạo ra một bước đột phá với pin lithium kim loại, có khả năng lưu trữ năng lượng gấp đôi so với pin xe điện tiên tiến nhất của Tesla.
Pin lithium kim loại được biết đến với mật độ năng lượng lý thuyết cao hơn so với pin lithium-ion thông thường và được xem là giải pháp đầy triển vọng cho thế hệ pin tiếp theo. Mật độ năng lượng của loại pin mới này gấp đôi so với pin của Tesla (300 watt-giờ/kg) và vượt xa pin BYD Blade (150 watt-giờ/kg).
Kết quả nghiên cứu, được công bố trên tạp chí Nature, đánh dấu bước tiến vượt bậc với cải thiện 200-300% về mật độ năng lượng và độ bền của pin lithium kim loại so với hiện tại.
Dung dịch điện phân trong pin lithium thường dựa trên cấu trúc solvation, tức là sự sắp xếp có trật tự của các phân tử dung môi xung quanh ion lithium, nhưng điều này đôi khi lại tạo ra rào cản cho hiệu suất. Dù cấu trúc này giúp ổn định ion lithium, nó lại cản trở việc lắng đọng lithium nhanh và đồng đều trong quá trình sạc và sử dụng. Những cấu trúc như vậy có thể làm giảm tuổi thọ, độ an toàn và mật độ năng lượng của pin, tạo ra một thách thức lớn.
"Ứng dụng thực tế của pin lithium kim loại bị hạn chế bởi thiết kế dung dịch điện phân hiện tại, vốn phụ thuộc vào các cấu trúc solvation chiếm ưu thế", các nhà nghiên cứu công bố.
Để tạo ra loại pin mới, các nhà nghiên cứu đã thiết kế lại môi trường solvation của ion lithium, vượt qua những giới hạn của thiết kế dung dịch điện phân hiện tại. Họ phát triển một loại "dung dịch điện phân phân tán" với môi trường solvation phân tán, ít trật tự hơn, giúp giảm rào cản đối với sự di chuyển của ion và tăng cường độ ổn định - hai yếu tố quan trọng quyết định hiệu suất và tuổi thọ chu kỳ của pin. Thiết kế dung dịch điện phân mới tạo ra một môi trường linh hoạt hơn, cho phép các ion lithium di chuyển tự do và hiệu quả hơn.
Khi thử nghiệm dung dịch điện phân này trong các tế bào pin lithium kim loại dung lượng cao thường được sử dụng, nó đạt mật độ năng lượng chưa từng có là 604,2 watt-giờ/kg, đồng thời duy trì chu kỳ ổn định qua 100 lần sạc. Mật độ năng lượng này vượt xa mục tiêu của Bắc Kinh trong kế hoạch "Made in China 2025", đặt ra cho pin xe điện đạt mức 400 watt-giờ/kg.
Các nhà nghiên cứu đã áp dụng công nghệ mới này vào việc sản xuất pin lithium kim loại năng lượng cao cho máy bay không người lái (drone).
Các nhà khoa học Hàn Quốc hiện đã phát triển một hệ thống pin lithium-ion mật độ năng lượng cao "thế hệ tiếp theo" sử dụng các hạt silicon siêu nhỏ và chất điện phân polymer dạng gel. Chất điện phân gel bên trong pin là một thành phần quan trọng tạo điều kiện cho các hạt tích điện di chuyển giữa các cực dương và âm - cực dương và cực âm.
Không giống như các chất điện phân lỏng thường được sử dụng, chất điện phân gel ở trạng thái rắn hoặc gel với cấu trúc polymer đàn hồi có độ ổn định tốt hơn so với chất điện phân lỏng. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra các liên kết hóa học giữa gel và các hạt silicon siêu nhỏ giúp phân tán ứng suất bên trong do sự giãn nở thể tích trong quá trình hoạt động của pin.
"Hệ thống đan xen kết quả đã thể hiện các đặc tính vượt trội, đáng chú ý là giảm thiểu sự giãn nở thể tích đồng thời mang lại độ dẫn ion cao. Mỗi lần sạc có thể giúp chiếc xe đi được 1.000km", các nhà khoa học Hàn Quốc cho biết.
Bình luận bài viết (0)
Gửi bình luận