Phương pháp mới loại bỏ coban, niken, giúp sản xuất pin lithium-ion sạch và rẻ hơn

Một nhóm nhà nghiên cứu tại Đại học McGill, Canada hợp tác với các đồng nghiệp tại Hoa Kỳ và Hàn Quốc, phát triển phương pháp mới để chế tạo vật liệu pin lithium-ion hiệu suất cao, có thể giúp loại bỏ dần các kim loại đắt tiền và khó khai thác như niken và coban.

Bước đột phá của nhóm nằm ở việc tạo ra phương pháp tốt hơn để sản xuất các hạt cathode “muối đá hỗn loạn” (DRX). Cho đến nay, các nhà sản xuất vẫn gặp khó khăn trong việc kiểm soát kích thước và chất lượng các hạt DRX. Điều này khiến chúng không ổn định và khó sử dụng trong sản xuất.

Nhóm nghiên cứu giải quyết vấn đề đó bằng cách áp dụng phương pháp sản xuất các hạt có kích thước đồng đều, độ tinh thể cao mà không cần nghiền hoặc xử lý sau. Khám phá này mở ra hướng đi mới đầy hứa hẹn cho pin lithium-ion bền vững, tiết kiệm chi phí hơn, đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi xe điện trên toàn cầu và lưu trữ năng lượng tái tạo.

Các nhà nghiên cứu thiết kế quy trình muối nóng chảy hai bước để tổng hợp các hạt DRX. Muối nóng chảy giúp kiểm soát tốt hơn quá trình hình thành hạt, cải thiện chất lượng và hiệu quả. Đầu tiên, các nhà nghiên cứu thúc đẩy sự hình thành hạt (các tinh thể nhỏ, đồng nhất), sau đó hạn chế sự phát triển của chúng.

Điều này cho phép họ tạo ra các hạt sẵn sàng dùng cho pin, có kích thước nhỏ hơn 200 nanomet, kích thước được coi là quan trọng để khai thác hiệu suất của vật liệu này trong pin lithium-ion. Khi thử nghiệm trên các ô pin, vật liệu mới vẫn duy trì 85% dung lượng sau 100 chu kỳ sạc-xả. Hiệu suất này cao gấp đôi so với các hạt DRX được tạo ra bằng các phương pháp cũ.

Nghiên cứu thực hiện bởi nhóm McGill, hợp tác với các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia SLAC của Đại học Stanford và Viện khoa học và công nghệ tiên tiến Hàn Quốc (KAIST). Nghiên cứu được hỗ trợ một phần bởi Wildcat Discovery Technologies, công ty pin có trụ sở tại Hoa Kỳ quan tâm đến mở rộng quy mô công nghệ DRX cho mục đích thương mại.

Với phương pháp tổng hợp này, nhóm nghiên cứu cho biết hướng đi mới đang mở ra cho pin lithium-ion thế hệ tiếp theo bền vững hơn, giá cả phải chăng hơn và dễ sản xuất quy mô lớn hơn. Điều này có thể có ý nghĩa trong việc đáp ứng nhu cầu pin trên toàn cầu. Khám phá này được công bố trên tạp chí Nature Communications.