Xe điện chạy mãi không hỏng với đột phá pin lithium kim loại tuổi thọ 9.000 giờ

Các nhà khoa học Trung Quốc vừa công bố một bước tiến quan trọng có thể thay đổi cuộc chơi trong ngành năng lượng, đó là một hệ thống pin lithium kim loại mới có khả năng vận hành an toàn liên tục trong hơn 9.000 giờ. Thành tựu này hứa hẹn mở đường cho các loại pin an toàn và bền bỉ hơn cho xe điện và hệ thống lưới điện tương lai.

Pin lithium kim loại từ lâu đã được xem là nền tảng cho các hệ thống năng lượng thế hệ mới nhờ khả năng lưu trữ năng lượng vượt trội. Tuy nhiên, chúng luôn đi kèm với những rủi ro cố hữu. Chất điện giải dạng lỏng hiện tại rất dễ rò rỉ và cháy nổ. Hơn nữa, trong quá trình sạc, kim loại lithium thường phát triển thành các cấu trúc dạng kim hoặc nhánh cây (gọi là dendrite), có thể đâm thủng pin, gây chập mạch và làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ an toàn cũng như hiệu suất.

Trung Quốc đạt đột phá về vận hành pin trong hơn 9.000 giờ.

Để giải quyết "cơn ác mộng" này, các nhà nghiên cứu đang tập trung vào một loại vật liệu mới gọi là chất điện giải gel eutectic sâu (DEGEs), vốn nổi tiếng với khả năng dẫn điện tích cao và tính ổn định nhiệt.

Trong nghiên cứu mới nhất được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ, các nhà khoa học từ Đại học Nankai (Trung Quốc) đã phát triển một chất điện giải DEGEs dựa trên hóa chất "amit flo hóa" (fluorinated amides).

Họ phát hiện ra rằng việc sử dụng hóa chất 2,2,2-trifluoro-N-methylacetamide, tận dụng "hiệu ứng hút electron của flo", đã tạo ra một hệ thống pin không chỉ nhỏ gọn mà còn có khả năng ngăn chặn hiệu quả sự hình thành của các nhánh lithium dạng kim nguy hiểm.

Kết quả thử nghiệm vô cùng ấn tượng. Các pin sử dụng hệ thống điện giải mới này đã vận hành ổn định trong hơn 9.000 giờ. Đáng chú ý, một số thiết kế pin vẫn giữ được hơn 80% dung lượng năng lượng ban đầu ngay cả sau 2.500 chu kỳ sạc và xả. Ngay cả khi bị "tra tấn" ở nhiệt độ cao 80 độ C, hệ thống vẫn duy trì sự ổn định trong 300 chu kỳ.

Tiến sĩ Tianfei Liu, một tác giả của nghiên cứu, cho biết: "Nghiên cứu của chúng tôi chứng minh cách thiết kế phân tử chính xác có thể đồng thời giải quyết nhiều thách thức... Bằng cách đưa các nhóm flo hóa vào DEGEs, chúng tôi không chỉ đạt được sự ổn định giao diện nâng cao mà còn cải thiện đáng kể độ bền chu kỳ và độ an toàn nhiệt".

Pin lithium của tương lai có thể được kéo dài tuổi thọ lên tới 9.000 giờ.

Phát hiện này cho thấy việc flo hóa và sử dụng hệ thống gel điện giải có thể khắc phục những hạn chế cố hữu của pin lithium kim loại. Kai Zhang, một tác giả khác, nhấn mạnh rằng chiến lược này "bắc cầu giữa hóa học cơ bản với các yêu cầu về hiệu suất trong thế giới thực, cung cấp một kế hoạch chi tiết cho thế hệ thiết kế chất điện giải hiệu suất cao tiếp theo".

Thành công này mở ra một con đường đầy hứa hẹn để mở rộng quy mô pin lithium an toàn cho các ứng dụng thực tế như xe điện (EV) và hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện.