Tuổi thọ và độ bền của pin lithium-ion từ lâu luôn là bài toán trọng tâm đối với ngành công nghệ năng lượng. Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Nhật Bản (JAIST) đã tìm ra hướng đi đột phá khi thiết kế thành công hợp chất phụ gia pentafluorophenyl thiophene imine (FPTI), giúp pin duy trì dung lượng bền bỉ mà không cần phải thay thế vật liệu than chì ở cực âm.
Đột phá mới giúp giải quyết triệt để nỗi lo chai pin sau 1.000 chu kỳ sạc.
Hợp chất FPTI phản ứng sớm trong những chu kỳ sạc đầu tiên để hình thành màng liên pha chất điện phân rắn (SEI) giàu lithium fluoride trên bề mặt than chì. Lớp màng này giúp giảm mạnh điện trở, hạn chế các phản ứng phụ tiêu cực và hỗ trợ các ion lithium di chuyển mượt mà hơn.
Nhờ đó, cell pin sử dụng nồng độ 4 mg/mL FPTI duy trì tới 95,6% dung lượng sau 1.000 chu kỳ sạc, vượt trội hoàn toàn so với mức 62,7% của mẫu đối chứng không dùng phụ gia vốn bắt đầu suy giảm rõ rệt sau 350 chu kỳ.
Khi thử nghiệm trên viên pin hoàn chỉnh kết hợp cực âm than chì và cực dương NMC811, các nhà khoa học nhận thấy việc đưa trực tiếp FPTI vào chất điện phân làm tăng điện trở tại cực dương. Để khắc phục, nhóm nghiên cứu đã chuyển sang phương pháp chỉ sử dụng FPTI để xử lý sơ bộ cực than chì trong quá trình tiền chu kỳ trước khi lắp ráp với chất điện phân tiêu chuẩn.
Hình minh họa các viên pin lithium-ion.
Phương pháp xử lý hóa học có mục tiêu này đã tạo ra sự khác biệt lớn về hiệu suất hoạt động. Viên pin hoàn chỉnh sử dụng cực than chì qua xử lý sơ bộ đạt mật độ năng lượng lên tới 233 Wh/kg, cao hơn đáng kể so với mức 192 Wh/kg ở nồng độ thấp và mức 130 Wh/kg của mẫu đối chứng không sử dụng phụ gia.
Dù vẫn cần thêm các thử nghiệm trên cell pin thương mại quy mô lớn và điều kiện vận hành đa dạng, phát hiện từ JAIST đã mở ra hướng tiếp cận đầy hứa hẹn. Việc kiểm soát bề mặt vật liệu ở cấp độ phân tử chứng minh khả năng kéo dài tuổi thọ pin lithium-ion hiệu quả mà không cần thay đổi loại vật liệu cực âm đang được sử dụng phổ biến hiện nay.
An An (theo IE)
