Pin lithium thể rắn dù được ca ngợi là một thiết bị ưu việt của công nghệ lưu trữ năng lượng thế hệ tiếp theo nhưng từ lâu đã phải đối mặt với một vấn đề nan giải đó là làm thế nào để duy trì sự tiếp xúc chặt chẽ giữa chất điện phân rắn và điện cực kim loại lithium?
Các nhà khoa học Trung Quốc vừa công bố một đột phá mang tính quyết định, phát triển thành công một giao diện tự thích ứng trong pin lithium thể rắn, giúp duy trì sự tiếp xúc giữa anode kim loại lithium và chất điện phân rắn mà không cần đến áp suất bên ngoài.
Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Sustainability, các nhà khoa học từ Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS), Viện Công nghệ và Kỹ thuật Vật liệu Ninh Ba của CAS cùng Đại học Khoa học và Công nghệ Hoa Trung đã chỉ ra rằng sự tiếp xúc giữa điện cực lithium và chất điện phân rắn sulfide trong pin thể rắn là không lý tưởng, tồn tại nhiều lỗ rỗng và vết nứt li ti. Những vấn đề này không chỉ làm giảm tuổi thọ pin mà còn tiềm ẩn nguy cơ về an toàn.
Để giải quyết thách thức đó, nhóm nghiên cứu đã đưa các ion iodide vào chất điện phân rắn sulfide. Trong quá trình hoạt động, các ion iodide này di chuyển đến giao diện điện cực dưới tác dụng của điện trường, tạo thành một giao diện giàu iodine. Giao diện này có khả năng chủ động thu hút các ion lithium, tự động lấp đầy mọi khoảng trống và lỗ rỗng, hoạt động như một cơ chế "tự chữa lành", nhờ đó duy trì sự tiếp xúc chặt chẽ giữa điện cực và chất điện phân.
Các mẫu pin thử nghiệm được chế tạo dựa trên công nghệ này đã chứng minh hiệu suất ổn định và vượt trội, ngày cả sau hàng trăm chu kỳ sạc-xả trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn, vượt xa mức pin tương tự hiện có.
Ông Huang Xuejie từ Viện Vật lý, một trong những tác giả chính của nghiên cứu, cho biết công nghệ này có thể giúp pin tương lai đạt mật độ năng lượng vượt 500 Wh/kg, tiềm năng kéo dài gấp đôi tuổi thọ pin của các thiết bị điện tử.
Ông Huang Xuejie nhận định, đột phá này sẽ thúc đẩy việc phát triển pin lithium thể rắn mật độ năng lượng cao, dự kiến sẽ đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực như robot hình người, hàng không điện, xe điện và nhiều lĩnh vực khác, cung cấp các giải pháp năng lượng an toàn và hiệu quả hơn.
Chuyên gia pin về thể rắn Wang Chunsheng tại Đại học Maryland đánh giá nghiên cứu trên đã giải quyết một cách căn bản nút thắt cổ chai chủ chốt cản trở việc thương mại hóa pin thể rắn, đánh dấu một bước tiến quyết định hướng tới ứng dụng thực tế.
