Các nhà sản xuất ô tô và công ty năng lượng đang đặt kỳ vọng vào pin lithium-lưu huỳnh (Li-S). Chúng hứa hẹn nhiều năng lượng hơn, sạc nhanh hơn, an toàn hơn và chi phí thấp hơn so với pin lithium-ion. Nhưng có một rào cản lớn cản trở chúng là pin Li-S hao mòn quá nhanh.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học khoa học và công nghệ Na Uy (NTNU) tin rằng có thể giải quyết vấn đề đó. Một lớp phủ mới, được phát triển và cấp bằng sáng chế theo dự án HiSep-II, giúp tăng tuổi thọ pin gấp 5 lần, biến các bộ pin nhẹ hơn, rẻ hơn này thành lựa chọn đáng chú ý cho xe điện.
Pin Li-S xuống cấp nhanh chóng do hiệu ứng con thoi. Khi pin hoạt động, lithium polysulfide (LPS) hình thành và di chuyển giữa cực dương và cực âm trong pin. Chuyển động này khiến pin nhanh chóng mất dung lượng, xuống cấp và có tuổi thọ ngắn.
Thay vì tập trung vào cực âm hoặc chất điện phân như các nhà nghiên cứu khác, nhóm của NTNU xem xét bộ phân tách. Bằng cách thêm lớp phủ HiSep-II vào vách phân tách, họ tạo ra bộ lọc độc đáo. Bộ lọc này chặn các hóa chất độc hại, đồng thời cho phép ion lithium đi qua một cách tự do.
Tuổi thọ pin thường được đo bằng chu kỳ sạc. Kết quả phòng thí nghiệm của NTNU cho thấy, pin Li-S với lớp phủ HiSep-II có thể tăng chu kỳ sạc từ 200 lên 1.000. Điều này có nghĩa là tuổi thọ pin cao hơn tới 5 lần. Sự cải tiến này có thể tác động đáng kể đến ô tô điện.
Một bộ pin 800 volt thông thường có thể được làm nhẹ hơn 200 kg. Trọng lượng nhẹ hơn đồng nghĩa với hiệu suất và phạm vi hoạt động tốt hơn. Mặc dù HiSep-II chưa được sử dụng trong ô tô điện, nhưng nhóm nghiên cứu chứng minh nó có thể xử lý hiệu ứng con thoi.
Nhiều đột phá về pin Li-S tập trung vào việc cải thiện vật liệu cực âm hoặc chất điện phân, trong khi lớp phủ HiSep-II chỉ tập trung vào bộ tách, hay bộ lọc. Đây là giải pháp đơn giản hơn, có khả năng mở rộng hơn mà không cần sử dụng các vật liệu phức tạp, theo nhóm nghiên cứu.
Quy trình phủ này thân thiện với môi trường, được thiết kế để mở rộng quy mô. Nó cũng có thể hoạt động với pin lithium hiện nay, tăng thêm tính linh hoạt. NTNU được cấp bằng sáng chế cho lớp phủ này năm 2023 và đang hợp tác với Văn phòng chuyển giao công nghệ (TTO) để đưa nó ra thị trường.
