Các nhà nghiên cứu tại Trung Quốc vừa giới thiệu chất điện phân mới, được thiết kế để tăng hiệu suất của pin lithium trong các điều kiện thời tiết khác nhau. Ngoài cải tiến về hiệu suất, thành phần hóa học của pin vẫn ổn định trong môi trường khắc nghiệt, pin tiếp tục hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ thấp tới -70°C.
Sự phát triển này, mở ra hướng đi tiềm năng cho các loại pin bền hơn, có khả năng chống chịu tốt hơn, phù hợp với xe điện và các ứng dụng đòi hỏi áp lực cao, nơi cả mật độ năng lượng và độ tin cậy của pin trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt đều rất quan trọng.
Trong một nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature, các nhà nghiên cứu cho hay, pin lithium với chất điện phân mới gốc hydrofluorocarbon, cho mật độ năng lượng cao gấp đôi so với các thiết kế thông thường khi được thử nghiệm ở nhiệt độ phòng, có thể giúp khắc phục các hạn chế lâu nay về công suất và mật độ năng lượng của pin.
Nhóm nghiên cứu phát hiện, với cùng khối lượng pin, dung lượng lưu trữ năng lượng ở nhiệt độ phòng có thể tăng gấp 2 đến 3 lần so với các thiết kế thông thường. Điều này cho thấy hướng đi khả thi để tạo ra pin lithium hiệu quả hơn đáng kể, với các ứng dụng tiềm năng cho xe điện, lưu trữ lưới điện và các ứng dụng khác.
Đột phá này có thể giúp mở rộng phạm vi di chuyển của xe điện, có thể tăng từ khoảng 500-580 km lên khoảng 980 km chỉ với một lần sạc, các nhà khoa học lưu ý. Ngoài xe điện, công nghệ này cũng có thể nâng cao hiệu suất của các thiết bị như điện thoại thông minh, máy bay không người lái, robot, đặc biệt là trong môi trường cực lạnh.
Cốt lõi của bất kỳ loại pin nào là chất điện phân, thành phần quan trọng cho phép các ion di chuyển giữa điện cực dương và điện cực âm. Trong nhiều thập kỷ, hầu hết chất điện phân của pin lithium đều dựa vào các hợp chất gốc oxy và nitơ, vì chúng hòa tan hiệu quả các muối lithium.
Tuy nhiên, các vật liệu này có những hạn chế, chúng không truyền tải điện tích hiệu quả khi chịu áp lực cao, điều này có thể làm chậm quá trình sạc, giảm hiệu suất của pin trong điều kiện thời tiết lạnh và trong một số trường hợp, có thể dẫn đến vấn đề về an toàn khi sử dụng.
Nhóm nghiên cứu, thuộc Đại học Nankai và Viện nguồn năng lượng vũ trụ Thượng Hải (SISP) trực thuộc Tập đoàn khoa học và công nghệ hàng không vũ trụ Trung Quốc, phát triển chất điện phân mới gốc fluor cho pin lithium-kim loại, mang lại độ nhớt thấp hơn, độ ổn định được cải thiện và hiệu suất cao hơn trong điều kiện lạnh.
Sử dụng chất điện phân mới gốc hydrofluorocarbon, nhóm nghiên cứu chế tạo pin lithium-kim loại dạng túi với mật độ năng lượng vượt quá 1.540 Wh/kg ở nhiệt độ phòng và khoảng 880 Wh/kg ở -50°C. Để so sánh, pin lithium thông thường đạt khoảng 299,2 Wh/kg ở nhiệt độ phòng và giảm còn khoảng 149,6 Wh/kg ở -20°C.
Theo các nhà nghiên cứu, ngay cả ở nhiệt độ -70°C, chất điện phân gốc fluor của họ vẫn duy trì hiệu suất cao và chu kỳ sạc-xả ổn định. Điều này có thể mở ra hướng đi cho các ứng dụng thực sự trong mọi điều kiện khí hậu, giúp công nghệ này khả thi trong nhiều môi trường khác nhau.
