Các nhà khoa học khám phá ra cách giúp pin sạc nhanh hơn

Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã phát triển một mô hình mới giúp giải thích chính xác cách ion lithium chèn vào điện cực – quá trình gọi là “intercalation”. Đây là phản ứng quyết định tốc độ sạc và khả năng cung cấp năng lượng của pin, nhưng trước đây vẫn chưa được hiểu rõ.

Hình ảnh mô phỏng cách ion lithium (màu xanh lá cây) di chuyển từ dung dịch điện phân (phải) vào điện cực oxit coban (trái), đồng thời electron cũng đi vào điện cực để khử nguyên tử coban – một cơ chế then chốt giúp tăng tốc độ sạc và kéo dài tuổi thọ pin theo nghiên cứu mới từ MIT. (Nguồn: MIT)

Trong nghiên cứu mới, nhóm MIT đã sử dụng kỹ thuật điện hóa với các xung điện áp ngắn để đo tốc độ xen kẽ lithium trên hơn 50 tổ hợp chất điện phân và điện cực. Kết quả cho thấy tốc độ phản ứng thấp hơn nhiều so với dự đoán của mô hình cũ.

Từ dữ liệu thu được, nhóm nghiên cứu đã phát triển mô hình mới mang tên “Chuyển giao ion-electron liên kết” (Coupled Ion-Electron Transfer – CIET). Theo đó, quá trình xen kẽ lithium không chỉ là sự chèn ion vào điện cực, mà còn là sự chuyển electron đồng thời từ chất điện phân vào điện cực.

Mô hình CIET giúp giảm rào cản năng lượng, từ đó tăng khả năng xảy ra phản ứng và cải thiện tốc độ sạc pin.

Một điểm đột phá khác của nghiên cứu là khả năng điều chỉnh tốc độ phản ứng bằng cách thay đổi thành phần chất điện phân. Việc hoán đổi các anion có thể giúp giảm năng lượng cần thiết cho quá trình chuyển giao lithium và electron.

“Điều chỉnh động học xen kẽ bằng cách thay đổi chất điện phân mang lại cơ hội tuyệt vời để tăng tốc độ phản ứng, thay đổi thiết kế điện cực và do đó tăng cường công suất và năng lượng của pin” Giáo sư Yang Shao-Horn cho biết.

Hình ảnh mô phỏng hệ thống pin lithium-ion kết nối với xe điện, sử dụng vật liệu nano LTO+Ag để tăng tốc độ phản ứng và cải thiện hiệu suất sạc. (Nguồn: MIT)

Bằng cách thay đổi thành phần chất điện phân – ví dụ như loại anion – các nhà khoa học có thể điều chỉnh tốc độ phản ứng, giúp pin sạc nhanh hơn, giảm hao mòn và kéo dài tuổi thọ. Đây là bước tiến quan trọng trong thiết kế pin thế hệ mới.

Giáo sư Martin Bazant cho biết mô hình này sẽ giúp các nhà sản xuất pin thiết kế sản phẩm một cách có cơ sở lý thuyết, thay vì dựa vào thử nghiệm tốn kém. Giáo sư Yang Shao-Horn nhận định đây là bước tiến giúp thống nhất các nghiên cứu rời rạc trước đó.

 https://vtcnews.vn/cac-nha-khoa-hoc-kham-pha-ra-cach-giup-pin-sac-nhanh-hon-ar968976.html