“Các thử nghiệm thực nghiệm cho thấy loại cực âm lai này có dung lượng cao gấp gấp 4 lần so với than chì thông thường trong điều kiện sạc nhanh”, nhóm nghiên cứu cho biết trong thông cáo báo chí.
Trong các thử nghiệm ở quy mô pin hoàn chỉnh, pin sử dụng cực âm mới vẫn giữ được 70% dung lượng ban đầu sau hơn 1.000 chu kỳ sạc và xả. Khi được lắp thành pin dạng túi, cực âm thể hiện độ ổn định vượt trội, duy trì hiệu suất ở mức 99% trong hơn 2.100 chu kỳ, cho thấy vật liệu này đủ bền để ứng dụng thực tế.
Mục tiêu của nhóm nghiên cứu là giải quyết hiện tượng “mạ lithium”, tình trạng xảy ra khi sạc nhanh khiến các mảng “lithium chết” hình thành trên bề mặt cực âm. Sự tích tụ này làm giảm vĩnh viễn khả năng lưu trữ và đẩy nhanh quá trình lão hóa của pin.
Cấu trúc đặc biệt của cực âm lai là chìa khóa cho đột phá này. Vật liệu được tạo thành từ các hạt than chì tiêu chuẩn kết hợp với những tấm nano uốn cong làm từ hợp chất hữu cơ có tên chlorinated contorted hexabenzocoronene (Cl-cHBC).
Cấu trúc cong của các tấm nano giúp tạo ra khoảng cách giữa các lớp lớn hơn cùng các kênh dẫn ion kích thước nano. Những kênh này mở ra “đường cao tốc” cho ion lithium di chuyển nhanh hơn nhiều so với trong cực âm than chì truyền thống.
Nhóm nghiên cứu cho biết quy trình chế tạo vật liệu hoàn toàn có thể mở rộng và tương thích với dây chuyền sản xuất pin hiện nay, cũng chính là yếu tố then chốt cho khả năng thương mại hóa.
Tính linh hoạt hóa học của cấu trúc nano cong cũng mở ra triển vọng ứng dụng trong các hệ thống lưu trữ năng lượng khác. Hiện nhóm đang thử nghiệm khả năng sử dụng vật liệu này cho pin ion natri, vốn là lựa chọn thay thế tiềm năng cho pin lithium-ion nhờ nguồn cung natri dồi dào hơn.
Nghiên cứu kết luận rằng cơ chế chèn ion tuần tự này có thể trở thành nguyên tắc thiết kế cho thế hệ pin mới vừa sạc nhanh vừa bền.
Công trình nghiên cứu là kết quả hợp tác giữa Đại học UNIST, Đại học Hàn Quốc và Viện Khoa học & Công nghệ Hàn Quốc (KIST), được công bố trên tạp chí Advanced Functional Materials.
Đột phá này diễn ra trong bối cảnh toàn cầu đang chạy đua phát triển công nghệ lưu trữ năng lượng thế hệ mới. Trong một nghiên cứu khác, các nhà khoa học tại Đại học Limerick (Ireland) đã chế tạo thành công pin hai ion đầu tiên trên thế giới, kết hợp cả ion lithium và natri để tăng đáng kể dung lượng và độ ổn định.
Theo Interesting Engineering