Vật liệu hữu cơ làm cực âm đang nổi lên như một lựa chọn đáng tin cậy thay thế cho hợp chất gốc coban và niken đang chiếm ưu thế trong pin lithium-ion hiện nay. Được cấu tạo từ các tiền chất phân tử dồi dào, hệ thống polymer này mang đến tính linh hoạt về cấu trúc, cùng với các đặc tính điện hóa có thể điều chỉnh được.

Trong một nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature, nhóm nghiên cứu do Giáo sư Xun Yinhua tại Đại học Thiên Tân và Giáo sư Huang Fei tại Đại học công nghệ Nam Trung Quốc chủ trì, đã báo cáo về pin lithium hữu cơ thực tế đầu tiên, sử dụng polymer dẫn điện loại n được thiết kế làm cực âm. Họ nhận thấy, pin vẫn giữ được tính toàn vẹn cơ học khi uốn cong, kéo giãn và nén.

Pin này cũng vượt qua các đánh giá nghiêm ngặt về an toàn, bao gồm cả thử nghiệm đâm thủng bằng kim, mà không bị hư hỏng cấu trúc hoặc giải phóng năng lượng ngoài tầm kiểm soát. Tính đàn hồi của vật liệu càng giúp nó có thêm tiềm năng sử dụng trong các thiết bị điện tử linh hoạt và thiết bị lưu trữ năng lượng đeo được.

Cốt lõi của nguyên mẫu này là một loại polymer dẫn điện, được gọi là poly(benzodifurandione), hay PBFDO. Vật liệu này hỗ trợ sự di chuyển nhanh của các ion lithium, có độ dẫn điện mạnh và độ hòa tan thấp, ba đặc tính quan trọng đối với pin hoạt động ổn định và hiệu suất cao.

Sử dụng loại polymer này, nhóm nghiên cứu chế tạo pin dạng túi 2,5 amp-giờ (Ah) với mật độ năng lượng trên 250 watt-giờ (Wh) trên mỗi kilogram. Pin này vẫn hoạt động được trong phạm vi nhiệt độ rộng, từ khoảng -70°C đến 80°C. Chúng cũng đạt dung lượng diện tích cao, khoảng 42 miliampe-giờ (mAh) trên mỗi cm2 và tải trọng khối lượng lên đến 206 miligram trên mỗi cm2.

Nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào cải tiến bản thân vật liệu, giảm sự hòa tan trong chất điện phân và tăng độ dẫn điện. Mặc dù cải tiến này rất quan trọng ở quy mô phòng thí nghiệm, nhưng rất ít nỗ lực được chuyển đổi thành pin dạng túi thực tế kết hợp mật độ năng lượng cao với độ bền cơ học và độ bền thực tế.

Điều làm nên sự khác biệt của nghiên cứu này là việc chứng minh thành công một nguyên mẫu hoạt động mang lại hiệu suất gần với pin lithium-ion tiêu chuẩn, đồng thời có thể hoạt động trong phạm vi nhiệt độ rộng.

Pin lithium-hữu cơ vẫn đang giai đoạn nguyên mẫu, nhưng nó phản ánh sự chuyển đổi rộng hơn trong ngành công nghiệp ô tô. Khi xu hướng phát triển pin năm 2026 hướng tới các loại hóa chất an toàn hơn, bền vững và đa dạng hơn, các vật liệu thay thế như polyme hữu cơ được nghiên cứu ngày càng nhiều cùng với các công nghệ lithium-ion truyền thống.