Mặc dù xe điện ít có khả năng bắt lửa hơn xe chạy xăng, nhưng cháy pin vẫn là mối lo ngại lớn vì khi xảy ra, việc dập tắt là cực kỳ khó khăn. Giờ đây, nhóm nghiên cứu từ POSTECH và Đại học Chung-Ang, Hàn Quốc phát triển thiết kế mới, có thể cải thiện đáng kể cả tính an toàn và hiệu suất của pin EV trong tương lai.
Nghiên cứu của họ, được công bố trên tạp chí Advanced Materials, giới thiệu một cấu trúc xốp ba chiều (3D), giúp pin lithium-metal lưu trữ nhiều năng lượng hơn và sử dụng lâu hơn, mà không có các rủi ro về an toàn đã làm chậm việc đưa chúng vào sử dụng thương mại.
Pin lithium-metal thường được xem là “thế hệ tiếp theo” của công nghệ lưu trữ năng lượng vì chúng có thể chứa nhiều năng lượng hơn so với pin lithium-ion sử dụng trong xe điện hiện nay. Điều này có nghĩa là chúng có thể kéo dài phạm vi hoạt động lên hàng trăm km cho mỗi lần sạc.
Tuy nhiên, có một vấn đề lớn là trong quá trình sạc và xả, lithium có xu hướng tích tụ không đều bên trong pin, tạo nên cấu trúc sắc nhọn, giống như kim gọi là dendrite. Các dendrite này có thể xuyên thủng các lớp bên trong, gây hiện tượng đoản mạch, đôi khi dẫn đến cháy nổ nguy hiểm.
Nhóm nghiên cứu Hàn Quốc đã tìm ra một giải pháp thông minh để giải quyết vấn đề này. Họ tạo ra một cấu trúc vật chủ xốp, giúp lithium lắng đọng đều từ đáy pin lên trên, thay vì phân tán hỗn loạn ở trên bề mặt pin.
Hãy hình dung việc đỗ xe trong gara, nếu đường dốc hẹp, quanh co, xe sẽ dồn đống gần lối vào. Nhưng nếu đường dốc rộng và thẳng, các tầng dưới rộng rãi hơn, xe sẽ tự nhiên tản ra, lấp đầy các tầng dưới trước. Thiết kế này sử dụng ý tưởng tương tự để dẫn ion lithium di chuyển trơn tru bên trong pin.
Các nhà nghiên cứu chế tạo vật liệu của họ bằng quy trình gọi là tách pha không dung môi (NIPS). Họ kết hợp một loại polymer với các ống nano carbon (CNT) và các hạt nano bạc, giúp cải thiện độ dẫn điện, sau đó phủ lên đế một lớp bạc mỏng để thúc đẩy lithium hình thành ở đúng vị trí.
Thiết kế này ngăn chặn hiệu quả sự phát triển các dendrite, làm cho toàn bộ cấu trúc ổn định hơn nhiều. Khi được thử nghiệm, pin được chế tạo với cấu trúc 3D mới này đạt mật độ năng lượng ấn tượng là 398,1 Wh/kg, cao hơn nhiều so với mức khoảng 250 Wh/kg của pin lithium-ion thông thường.
Ngay cả trong điều kiện thực tế khắc nghiệt, pin vẫn cho thấy độ ổn định tuyệt vời, không bị đoản mạch hay giảm dung lượng đột ngột. Nếu được sử dụng trên xe điện, công nghệ này có thể tăng phạm vi di chuyển lên khoảng 60-70%, nghĩa là một chiếc xe hiện chỉ chạy được 400 km mỗi lần sạc, nay có thể chạy được tới 700 km.
Bước đột phá này mang đến một phương pháp mới để kiểm soát cách lithium di chuyển bên trong pin mà không cần sản xuất phức tạp. Quy trình này đơn giản và có thể mở rộng sản xuất, đưa thế giới tiến gần hơn một bước tới loại pin an toàn, năng lượng cao, có thể cách mạng hóa xe điện.
