Một nhóm các nhà hóa học, nhà khoa học vật liệu đến từ nhiều tổ chức của Trung Quốc đã hợp tác thực hiện khám phá mang tính chuyển đổi này, tại Đại học Fudan ở Trung Quốc, phát triển phương pháp kéo dài tuổi thọ của pin lithium-ion.
Pin lithium-ion bao gồm bốn thành phần chính: cực âm, cực dương, bộ tách và chất điện phân chứa đầy ion lithium. Trong quá trình hoạt động bình thường, các ion lithium di chuyển giữa cực âm và cực dương, truyền năng lượng.
Theo thời gian, một số ion lithium hình thành cặn. Sự tích tụ này làm giảm nồng độ ion lithium trong chất điện phân, dần dần làm giảm khả năng giữ điện tích của pin. Khi dung lượng giảm xuống dưới 80% giá trị ban đầu, pin được coi là không sử dụng được.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu thông qua thử nghiệm mở rộng, phát hiện ra sự xuống cấp của pin phản ánh sự tiến triển một dấu hiệu, trong đó một thành phần chính bị suy giảm trong khi phần còn lại của hệ thống vẫn hoạt động.
Bằng cách xác định và giải quyết thành phần bị trục trặc, họ phát triển một phương pháp để khôi phục pin cạn kiệt trở lại hoạt động đầy đủ. Điều này này dẫn đến sự phát triển vật liệu chuyên dụng phục hồi các ion lithium đã mất, kéo dài hiệu quả tuổi thọ pin và cải thiện hiệu suất.
Kỹ thuật phục hồi pin mang tính đột phá của họ là một thách thức lớn, đòi hỏi phát triển một phân tử có khả năng đưa được vào pin bị hỏng. Phân tử này phải đáp ứng một số tiêu chí nghiêm ngặt, như khả năng hòa tan trong chất điện phân hiện có mà không làm gián đoạn chức năng của pin. Ngoài ra, nó cần phải tương thích cao với các vật liệu khác.
Để xác định ứng viên phù hợp, nhóm nghiên cứu dùng ứng dụng do AI điều khiển được đào tạo về các đặc tính phân tử được số hóa. Quá trình tìm kiếm đã đưa họ đến LiSO₂CF₃, một phân tử không chỉ đáp ứng yêu cầu về khả năng tương thích mà còn có giá thành sản xuất tương đối rẻ, phù hợp với hầu hết loại pin thương mại hiện có.
Quá trình trẻ hóa pin khá đơn giản, các lô phân tử được tiêm vào vùng có các ion lithium hoạt động của pin. Quá trình này giải phóng một lượng nhỏ khí, sau đó pin sẵn sàng để sạc lại. Các thử nghiệm đã chứng minh tuổi thọ pin cải thiện đáng kể, tăng số chu kỳ trung bình từ 1.500 lên 12.000.
Tác động của khám phá này mang lại những lợi ích thực tế trong nỗ lực thúc đẩy năng lượng bền vững. Khi xe điện và hệ thống năng lượng tái tạo ngày càng được chú ý, khả năng phục hồi pin lithium-ion, tức nâng cao hiệu suất pin, có thể mang lại những lợi thế đáng kể về mặt kinh tế.
Bên cạnh đó, việc kéo dài tuổi thọ pin, giảm nhu cầu thay thế liên tục, tiến bộ này có thể đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu chất thải điện tử bằng cách giảm số lượng pin bị loại bỏ. Hiệu suất pin được cải thiện cũng dẫn đến các giải pháp lưu trữ năng lượng đáng tin cậy, tiết kiệm chi phí trong các ngành công nghiệp.
