Các nhà nghiên cứu từ Viện nghiên cứu tiêu chuẩn và khoa học Hàn Quốc (KRISS) đã phát triển một công nghệ vật liệu quan trọng, giúp đẩy nhanh quá trình thương mại hóa pin thể rắn hoàn toàn (ASSB). Đây là loại pin thế hệ mới, được thiết kế để loại bỏ nguy cơ cháy nổ.

Thành tựu này giải quyết triệt để thách thức lâu dài về vật liệu và sản xuất, vẫn chưa được giải quyết trong hơn hai thập kỷ nghiên cứu về chất điện phân rắn kiểu garnet, Tiến sĩ Baek Seung-Wook, nhà khoa học nghiên cứu chính của Nhóm đo lường vật liệu mới nổi tại KRISS cho biết.

Pin sạc lithium-ion, đang sử dụng rộng rãi trong xe điện (EV) và hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS), dựa trên chất điện phân lỏng dễ bị quá nhiệt, khiến chúng có thể gây cháy nổ. Một khi bắt lửa, đám cháy như vậy đặc biệt khó dập tắt.

Pin ASSB thay thế chất điện phân lỏng bằng chất điện phân rắn không dễ cháy, cải thiện đáng kể độ an toàn của pin. Trong đó, pin ASSB gốc oxide thu hút sự chú ý đáng kể như một giải pháp đầy hứa hẹn, nhờ mật độ năng lượng cao và không có rủi ro liên quan đến việc thải khí độc hại, có thể xảy ra trong các hệ thống gốc sulfide.

Pin ASSB gốc oxide chủ yếu sử dụng chất điện phân rắn loại garnet làm vật liệu lõi. Chất điện phân rắn loại garnet thể hiện độ dẫn ion cao và độ ổn định hóa học tuyệt vời. Tuy nhiên, do đặc tính vật liệu của chúng, việc chế tạo màng điện phân hiệu suất cao đòi hỏi quy trình nung kết ở nhiệt độ cao, trong đó bột được nén ở nhiệt độ trên 1.000°C.

Nhóm nghiên cứu cũng chỉ ra, để giảm thiểu sự bay hơi lithium, các phương pháp thông thường dựa vào việc phủ màng điện phân bằng một lượng lớn bột cái, là vật liệu điện phân chứa lithium, trong quá trình nung kết. Tuy nhiên, cách này dẫn đến lượng bột cái bị loại bỏ nhiều hơn gấp 10 lần so với lượng màng điện phân thực tế được chế tạo, làm tăng đáng kể chi phí sản xuất, tạo ra rào cản lớn cho việc thương mại hóa.

Nhóm nghiên cứu giải quyết hạn chế này bằng cách phát triển kỹ thuật chế tạo phủ mỏng bột điện phân rắn bằng hợp chất gốc Li-Al-O (lithium-aluminum-oxide). Theo nhóm nghiên cứu, lớp phủ bề mặt thu được cung cấp lithium trong quá trình nung kết, đồng thời ngăn ngừa sự bay hơi lithium, cùng lúc đó tăng cường liên kết giữa các hạt thông qua hiệu ứng giống như hàn, từ đó tối đa hóa quá trình làm đặc màng điện phân.

Sử dụng phương pháp này, nhóm nghiên cứu đã đạt được mật độ cao kỷ lục, vượt quá 98,2% mà không cần sử dụng bất kỳ bột nền đắt tiền nào, tạo ra màng điện phân rắn có độ bền cao, không có khuyết tật về hóa học và cơ học, độ dẫn ion được cải thiện hơn gấp đôi so với các vật liệu thông thường.