Theo thông tin từ ScienceDaily, các nhà khoa học đến từ viện nghiên cứu ở Đức đã thành công trong việc giải mã nguyên nhân gây ra sự cố của pin thể rắn, từ đó mở ra hy vọng cho việc phát triển những loại pin an toàn và bền bỉ. Nhờ vậy, giấc mơ smartphone có thể hoạt động nhiều ngày chỉ với một lần sạc có thể sớm được hiện thực hóa.
Chúng ta đang tiến gần hơn bao giờ hết đến việc thương mại hóa pin thể rắn
ẢNH: SAMSUNG
Pin thể rắn sử dụng chất điện phân rắn giữa hai điện cực, mang lại nhiều ưu điểm so với pin lithium-ion truyền thống, như mật độ năng lượng cao hơn, thời gian sạc nhanh và độ an toàn cao hơn. Tuy nhiên, một vấn đề nghiêm trọng đã cản trở sự phát triển của công nghệ này: hiện tượng hình thành các nhánh tinh thể (dendrite). Trong quá trình sạc, các nhánh tinh thể này phát triển từ cực dương lithium, xuyên thủng chất điện phân rắn và gây ra hiện tượng đoản mạch.
Mặc dù cả điện cực và nhánh tinh thể đều được cấu tạo từ kim loại lithium mềm, các nhánh tinh thể vẫn có khả năng xuyên qua chất điện phân gốm cứng. Hai giả thuyết đã được đưa ra để giải thích hiện tượng này: một là ứng suất bên trong các nhánh tinh thể gây ra sự nứt vỡ của chất điện phân, hai là các electron rò rỉ dọc theo ranh giới hạt của chất điện phân, thúc đẩy sự hình thành các nhân lithium.
Giới khoa học tìm ra nguyên nhân phá hỏng pin thể rắn
Giờ đây, nhóm nghiên cứu tại Viện Max Planck về Vật liệu Bền vững (MPI-SusMat) đã công bố nghiên cứu trên tạp chí Nature để làm sáng tỏ quy trình mà các nhánh tinh thể gây hỏng pin thể rắn. Họ đã phát triển một phương pháp phức tạp để chuẩn bị mẫu và đặc trưng hóa vật liệu, đồng thời tiến hành thí nghiệm trong điều kiện chân không và nhiệt độ thấp để loại bỏ sự can thiệp từ oxy, nước và không khí.
Tiến sĩ Yuwei Zhang, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: "Kim loại lithium mềm có khả năng xuyên qua chất điện phân gốm cứng, giống như một tia nước xuyên qua đá. Chúng tôi đã tính toán rằng ứng suất thủy tĩnh trong cấu trúc dạng nhánh dẫn đến sự gãy vỡ giòn của chất điện phân rắn ở giai đoạn cuối". Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra lại kết quả bằng nhiều phương pháp khác nhau và thu được kết quả nhất quán.
Các nhánh tinh thể (dendrite) có thể đâm thủng lớp điện phân gốm rắn và làm hỏng pin
ẢNH: MPI-SusMat
Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang xem xét các phương pháp tiềm năng để trì hoãn hoặc ngăn chặn sự hình thành nhánh tinh thể. Một giải pháp khả thi là gia cố chất điện phân gốm để tăng cường độ bền, hoặc phủ lên điện cực lithium các lớp bảo vệ nhằm giảm thiểu sự hình thành các nhánh tinh thể.
Công trình này có thể là bước đệm quan trọng trong việc giải quyết vấn đề nhánh tinh thể của pin thể rắn, biến chúng từ ý tưởng lý thuyết thành công nghệ thực tiễn, cung cấp năng lượng cho smartphone và xe điện trong tương lai.
Được biết, cuộc cách mạng cho pin thể rắn vẫn đang diễn ra khi chứng kiến sự góp mặt của nhiều công ty lớn, bao gồm cả Samsung. Chi nhánh sản xuất pin cho điện thoại Galaxy, Samsung SDI, đã công bố kế hoạch sản xuất hàng loạt pin thể rắn vào cuối năm 2027, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về pin an toàn, sạc nhanh và có tuổi thọ cao trong thị trường xe điện.
Bình luận (0)