Hai đột phá có thể thay đổi ngành pin xe điện
Hai đột phá có thể thay đổi ngành pin xe điện
Cuộc đua nâng cấp công nghệ pin đang bước sang giai đoạn mới khi các nhóm nghiên cứu tại Mỹ và Trung Quốc đồng loạt công bố những tiến bộ quan trọng có thể giúp xe điện (EV) trong tương lai chạy xa hơn, sạc nhanh hơn và an toàn hơn.
Mỹ: Pin mật độ cao giúp xe điện chạy xa hơn
Các nhà khoa học tại Đại học Bang Pennsylvania (Penn State University, Mỹ) vừa phát triển một loại điện cực dày và có mật độ năng lượng cao, giúp xe điện có thể đạt quãng đường di chuyển gấp đôi chỉ với một lần sạc.
Theo nhóm nghiên cứu, các điện cực có mật độ cao này không chỉ tăng đáng kể khả năng lưu trữ điện năng ở cấp độ tế bào pin mà còn có độ bền cơ học vượt trội, giúp pin ít bị suy giảm sau nhiều chu kỳ sạc - xả. Điểm đặc biệt của công nghệ nằm ở quy trình sản xuất mới, cho phép tăng hiệu suất điện cực mà không gặp các hạn chế thường thấy khi làm tăng độ dày hoặc mật độ.
PGS Hangtao Sun, thuộc Khoa Kỹ thuật Công nghiệp và Chế tạo của Penn State, cho biết chìa khóa của cải tiến này là tăng lượng vật liệu hoạt tính, phần chịu trách nhiệm lưu trữ năng lượng trong điện cực.
"Trong pin thương mại hiện nay, vật liệu hoạt tính chỉ chiếm khoảng 30-50%. Bằng cách làm điện cực dày hơn, chúng tôi có thể tăng lượng vật liệu này, từ đó tăng tổng năng lượng của pin", ông nói.
Tuy nhiên, việc tăng độ dày điện cực thường khiến cần phải tăng độ xốp để điện tích di chuyển dễ dàng. Độ xốp lớn lại làm giảm lượng vật liệu lưu trữ điện. Ngược lại, nếu nén điện cực để tăng mật độ thì điện tích lại khó di chuyển. Đây chính là bài toán cân bằng mà nhóm phải vượt qua.
Cuộc cách mạng mới trong công nghệ pin xe điện. Ảnh: PV |
Để vượt qua giới hạn đó, nhóm của ông Sun đã thiết kế các ranh giới tổng hợp bên trong điện cực, đóng vai trò như những hồ chứa điện tích, giúp các hạt mang điện di chuyển nhanh hơn mà không bị cản trở. Nhờ cấu trúc này, điện cực có thể dày hơn gấp 5-10 lần và đặc hơn gấp đôi so với điện cực thông thường, đồng thời vẫn đảm bảo khả năng dẫn điện và lưu trữ năng lượng.
Theo kết quả thử nghiệm, loại pin mới có thể đạt mật độ năng lượng hơn 500 Wh/kg ở cấp độ tế bào, mức đủ để xe điện di chuyển xa hơn nhiều cho mỗi lần sạc.
Nhóm nghiên cứu cho biết các điện cực mới có độ bền cao gấp 10 lần và độ bền kéo gấp 3 lần so với loại được ép nóng thông thường. Nhóm còn phát triển một công cụ theo dõi biến dạng điện cực theo thời gian thực trong quá trình pin hoạt động, cho phép quan sát trực tiếp cách pin bị suy giảm mà không cần các thiết bị đắt tiền.
Công trình được công bố trên tạp chí Nature Communications.
Trung Quốc: “Áo giáp linh hoạt” bảo vệ pin thể rắn
Các nhà nghiên cứu tại Viện Sau đại học Quốc tế Thâm Quyến - Đại học Thanh Hoa (Tsinghua University) và Đại học Thiên Tân (Tianjin University) đã phát triển một lớp “áo giáp linh hoạt” bao phủ bề mặt pin thể rắn, giúp chống nứt vỡ, giảm suy hao và duy trì hiệu suất trong điều kiện lạnh giá.
Nhóm nghiên cứu đã chọn hướng đi khác biệt: thay vì cố làm pin cứng hơn, nó sẽ trở nên linh hoạt.
Một trong những điểm yếu lớn nhất của pin thể rắn nằm ở lớp giao diện điện phân rắn (SEI), lớp bảo vệ có tính cứng nhưng giòn, dễ nứt khi chịu tác động cơ học. Khi lớp này nứt, lithium tích tụ không đều, làm pin nhanh xuống cấp và giảm tuổi thọ.
Để khắc phục, nhóm đã sử dụng vật liệu bạc Ag2S và AgF tạo nên một lớp SEI có thể uốn cong nhẹ mà không gãy, vẫn giữ được cấu trúc ổn định và cho phép các ion lithium di chuyển mượt mà.
Trong các thử nghiệm, pin thể rắn có lớp phủ mới cho thấy độ bền và ổn định vượt trội so với các thiết kế truyền thống. Dưới điều kiện khắc nghiệt, chúng có thể hoạt động liên tục hơn 4.500 giờ mà không bị nứt hay giảm hiệu suất. Đặc biệt, ở nhiệt độ âm 30 độ C, pin vẫn duy trì hiệu suất ổn định hơn 7.000 giờ, trong khi hầu hết pin thể rắn khác sẽ ngừng hoạt động hoặc hư hỏng.
Nhóm nghiên cứu cho biết thiết kế này được lấy cảm hứng từ tự nhiên, cụ thể là cấu trúc của vỏ sò và gân động vật, kết hợp giữa vật liệu mềm và cứng giúp đạt cân bằng giữa độ bền và tính linh hoạt. Cấu trúc lai nhiều lớp này giúp phân tán ứng suất cơ học đồng đều, ngăn nứt vỡ và duy trì sự phân bố ổn định của ion lithium trong suốt quá trình sạc - xả.
Các nhà khoa học cho rằng công nghệ này chưa thể thương mại hóa ngay lập tức. Việc sản xuất pin thể rắn ở quy mô công nghiệp vẫn đòi hỏi thêm nhiều tiến bộ trong quy trình chế tạo, giảm chi phí và tích hợp với các hệ thống pin hiện có.
Duy Anh
- 22:01 07/11/2025
