Công nghệ pin mới giúp xe điện an toàn hơn

Mặc dù được xem là lựa chọn đầy hứa hẹn cho công nghệ pin lithium-ion nhờ tiềm năng an toàn và chi phí vật liệu thấp hơn, các phản ứng không mong muốn tại giao diện giữa các thành phần pin magie thể rắn dẫn đến giảm hiệu suất và rút ngắn tuổi thọ pin.

ẢNH: REUTERS

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Tohoku (Nhật Bản) đã tìm ra cách biến những phản ứng hóa học thường làm giảm hiệu suất pin thành cơ chế giúp cải thiện độ ổn định và khả năng vận chuyển ion. Họ phát hiện ra rằng những phản ứng tại giao diện này không nhất thiết phải bị loại bỏ, thay vào đó, việc kiểm soát chúng một cách cẩn thận có thể cải thiện khả năng di chuyển của các ion magiê trong pin, đồng thời duy trì sự ổn định lâu dài.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển một điện cực dương hợp kim magie-thiếc (Mg-Sn) nhằm cân bằng khả năng phản ứng hóa học và vận chuyển ion. Bằng cách điều chỉnh cấu trúc bề mặt và bên trong của điện cực dương, họ đã tạo ra điều kiện hỗ trợ quá trình lắng đọng magie đồng đều hơn và sự di chuyển ion mượt mà hơn trong quá trình sạc và xả.

Giáo sư Hao Li tại Viện Nghiên cứu Vật liệu Tiên tiến thuộc Đại học Tohoku cho biết: "Trong một thời gian dài, các phản ứng ở giao diện được coi là điều cần tránh. Nhưng kết quả nghiên cứu của chúng tôi cho thấy khi các phản ứng này được điều chỉnh cẩn thận thay vì bị ức chế, chúng có thể giúp pin magie thể rắn hoạt động hiệu quả hơn nhiều".

Chìa khóa giúp nâng tầm công nghệ pin magie thể rắn

Để chế tạo cực dương cải tiến, nhóm nghiên cứu đã đưa thiếc vào magie, tạo thành hợp chất ổn định Mg₂Sn, giúp điều chỉnh các phản ứng bên trong pin. Nhóm đã thử nghiệm nhiều hợp kim gốc magie với các pha phụ khác nhau để xác định thành phần mang lại hiệu suất điện hóa tốt nhất, sau đó đánh giá các vật liệu trong điều kiện hoạt động của pin, đo lường các yếu tố như vận chuyển ion, độ ổn định giao diện và hành vi chu kỳ.

Kết quả cho thấy hợp kim Mg-Sn được tối ưu hóa mang lại hiệu suất tổng thể mạnh nhất, duy trì hoạt động ổn định trong hơn 1.300 giờ trong quá trình thử nghiệm pin thể rắn. Hợp kim này cũng cho thấy hiệu suất chu kỳ sạc/xả dài hơn 400 lần so với magie nguyên chất, chứng minh những cải tiến đáng kể về tuổi thọ pin.

Các nhà nghiên cứu cho rằng việc phát triển pin trong tương lai không chỉ nên tập trung vào việc cải thiện độ dẫn ion mà còn vào việc kiểm soát các phản ứng hóa học xảy ra tại các giao diện này. Những phát hiện của họ cho thấy việc cân bằng đồng thời khả năng phản ứng và vận chuyển ion có thể cung cấp một chiến lược thiết kế mới cho các hệ thống pin thể rắn trong tương lai.