Nghiên cứu mới do Tiến sĩ Xuekun Lu, Đại học Queen Mary ở London, Anh dẫn đầu, phối hợp với một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đến từ Anh và Mỹ đã tìm ra cách ngăn chặn lớp mạ lithium trong pin xe điện, có thể dẫn đến thời gian sạc nhanh hơn. Bài báo được công bố ngày 24/8 trên tạp chí Nature.
Mạ lithium là hiện tượng có thể xảy ra ở pin lithium-ion trong quá trình sạc nhanh. Nó xảy ra khi các ion lithium tích tụ trên bề mặt điện cực âm của pin thay vì xen vào bên trong, tạo thành một lớp lithium kim loại tiếp tục phát triển. Điều này có thể làm hỏng pin, rút ngắn tuổi thọ của pin và gây đoản mạch dẫn đến cháy nổ.
Tiến sĩ Xuekun Lu giải thích, việc mạ lithium có thể được giảm thiểu đáng kể bằng cách tối ưu hóa cấu trúc vi mô của điện cực âm than chì. Điện cực âm than chì bao gồm các hạt nhỏ phân bố ngẫu nhiên, việc tinh chỉnh hình thái hạt và điện cực để hoạt động phản ứng đồng nhất và giảm độ bão hòa lithium cục bộ là chìa khóa để ngăn chặn lớp mạ lithium và cải thiện hiệu suất của pin.
 |
| Sự phân bố nồng độ lithium được biểu thị bằng màu sắc trong quá trình sạc của điện cực âm than chì. Ảnh: Tạp chí Nature. |
“Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy cơ chế kết dính của các hạt than chì thay đổi trong các điều kiện khác nhau, tùy thuộc vào hình thái bề mặt, kích thước, hình dạng và hướng của chúng, nó ảnh hưởng phần lớn đến việc phân phối lithium và xu hướng mạ lithium", Tiến sĩ Lu cho biết.
“Được hỗ trợ bởi mô hình pin 3D tiên phong, chúng tôi có thể nắm bắt được thời điểm, địa điểm bắt đầu mạ lithium cũng như tốc độ phát triển của nó. Đây là một bước đột phá quan trọng có thể có tác động lớn đến tương lai của xe điện”, ông nói.
Nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết mới trong việc phát triển các giao thức sạc nhanh tiên tiến bằng cách nâng cao hiểu biết về các quá trình vật lý phân phối lại lithium trong các hạt than chì trong quá trình sạc nhanh. Kiến thức này có thể dẫn đến quá trình sạc hiệu quả đồng thời giảm thiểu rủi ro mạ lithium.
Ngoài thời gian sạc nhanh hơn, nghiên cứu còn phát hiện ra rằng việc tinh chỉnh cấu trúc vi mô của điện cực than chì có thể cải thiện mật độ năng lượng của pin. Điều này có nghĩa là ô-tô điện có thể đi xa hơn chỉ sau một lần sạc.
Những phát hiện này tạo thành một bước đột phá đáng kể trong việc phát triển pin xe điện. Đột phá này có thể giúp tạo ra những chiếc ô-tô điện sạc nhanh hơn, bền hơn và an toàn hơn, khiến xe điện trở thành một lựa chọn hấp dẫn hơn đối với người tiêu dùng.
