Các nhà khoa học Trung Quốc từ Đại học Nankai phối hợp với Viện nghiên cứu các nguồn năng lượng vũ trụ Thượng Hải vừa công bố bước tiến đáng kể trong công nghệ pin lithium. Theo một báo cáo, họ đạt được hiệu suất năng lượng khoảng 700 watt-giờ trên mỗi kilogram (Wh/kg).

Công trình nghiên cứu của họ tập trung vào việc thiết kế lại chất điện phân của pin, đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển các ion lithium giữa các điện cực và ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, độ ổn định và hiệu quả hoạt động của pin.

Pin lithium thông thường thường dựa vào chất điện phân gốc carbonate, liên kết các ion lithium thông qua các nguyên tử oxy. Mặc dù sử dụng rộng rãi nhưng các dung môi này vẫn có hạn chế, như khả năng di chuyển ion bị hạn chế và hiệu suất giảm trong môi trường nhiệt độ thấp.

Nhóm nghiên cứu thực hiện cải tiến bằng cách thiết kế và tổng hợp một loạt phân tử dung môi hydrocarbon chứa fluor, làm thay đổi cách muối lithium hòa tan trong chất điện phân. Bằng cách điều chỉnh cẩn thận cấu trúc điện tử và sự sắp xếp các phân tử dung môi, các nhà khoa học làm giảm tương tác giữa lithium và fluor, giúp các ion lithium di chuyển tự do hơn.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature cho thấy, các nhà nghiên cứu đã tổng hợp được các alkan có cấu trúc monofluor hóa. Nghiên cứu cho thấy, các phối tử gốc fluor (F) được thiết kế với khả năng cản trở không gian và tính bazơ Lewis, cho phép hòa tan muối lithium với nồng độ hơn 2 mol l−1.

Nhóm nghiên cứu sử dụng hệ thống chất điện phân mới của mình để phát triển pin lithium, đạt hiệu suất năng lượng cực cao là 700 Wh/kg ở nhiệt độ phòng. Những viên pin này vẫn duy trì mật độ năng lượng cao gần 400 Wh/kg ngay cả trong môi trường nhiệt độ cực thấp đến -50°C.

Để so sánh, các nhà sản xuất pin thương mại hàng đầu hiện đạt mật độ năng lượng khoảng 250-255 Wh/kg ở cấp độ bộ pin. Mặc dù kết quả nghiên cứu mới này chỉ ở quy mô phòng thí nghiệm chứ chưa phải là sản phẩm thương mại ngay tức thì, nhưng nó đánh dấu bước tiến đáng kể hướng tới pin năng lượng cực cao.

Nếu được kiểm chứng thành công về độ an toàn, hiệu quả chi phí và mở rộng quy mô, công nghệ này có thể mang lại tác động lớn đối với xe điện, robot và các ứng dụng yêu cầu nguồn năng lượng nhẹ có khả năng hoạt động trong môi trường khắc nghiệt.