Các nhà nghiên cứu Hàn Quốc vừa tạo ra một bước đột phá trong lĩnh vực nghiên cứu pin, tháo bỏ nút nghẽn cổ chai (bottleneck) liên quan đến khả năng lưu trữ năng lượng.
Tiến bộ này giúp khắc phục vấn đề kỹ thuật cố hữu cản trở kiến trúc pin lithium-kim loại và có thể mở đường cho loại pin với dung lượng gấp 10 lần hiện nay.
Pin lithium - kim loại hứa hẹn nhờ vào mật độ năng lượng tuyệt vời của lithium nguyên chất. Các nhà khoa học kỳ vọng hoán đổi graphite (than chì) dùng trên anode (cực dương) trong pin lithium hiện tại bằng vật liệu mơ ước này, mặc dù còn một vài vấn đề phức tạp cần giải quyết.
Một trong số đó là hiện tượng dendrite hóa: trên bề mặt anode của pin xuất hiện những cấu trúc dạng giống như lá kim. Chúng sẽ đâm xuyên qua màng chắn giữa anode và điện cực khác (electrode), khiến pin đoản mạch, chóng hỏng hay thậm chí cháy nổ.
Vì vậy, đã có khá nhiều nghiên cứu tập trung vào việc ngăn ngừa dendrite hóa. Trong đó hứa hẹn nhất là ý tưởng tạo ra một màng chắn giữa anode và chất điện phân (electrolyte) của pin. Một lớp “mỡ pin” (battery butter), các chất phụ gia đặc biệt, hay pin thậm chí tự tạo nên lớp bảo vệ là những ví dụ nổi bật.
Giáo sư Yong Min Lee từ Viện Khoa học và Công nghệ Daegu Gyeongbuk (DGIST), tác giả của nghiên cứu, cho biết: “Sự hình thành dendrite phụ thuộc nhiều vào đặc tính bề mặt của anode làm từ lithium. Vì thế, chiến lược cốt lõi trong việc chế tạo LMB (pin lithium - kim loại) là tạo ra một màng bảo vệ SEI (nhờ phân hủy chất điện phân rắn) hiệu quả trên bề mặt lithium.”
Ngay từ ban đầu, Lee và các cộng sự đã chọn cách tiếp cận sử dụng bột kim loại lithium, tạo nên bề mặt cao cấp hơn, cho phép hình thành các điện cực mỏng và rộng. Tuy nhiên, điểm thiếu sót của kỹ thuật này là bề mặt trở nên không đồng đều, dẫn đến hỏng pin.
Giải pháp mà các nhà khoa học tại DGIST tìm ra, có thể nằm ở việc bổ sung thêm lithium nitrat. Việc phủ trước hợp chất trong quá trình chế tạo giúp nhóm nghiên cứu tạo ra các anode lithium siêu mỏng với lớp bề mặt mịn và đồng nhất. Điều này đã được kiểm chứng khi pin trải qua 450 lần sạc mà vẫn giữ được 87% dung lượng và cho hiệu suất Coulomb lên tới 96 %.
“Chúng tôi kỳ vọng việc phủ chất phụ gia ổn định lithium vào điện cực của pin LMP sẽ là bước đệm hướng tới thương mại hóa các loại pin lithium - kim loại, lithium - lưu huỳnh và lithium-không khí kích thước lớn năng lượng cao và cho tuổi thọ dài”, Lee nói.
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Advanced Energy Materials.
Hải Đăng (theo DGIST)