Các nhà nghiên cứu vừa đạt đột phá trong kéo dài tuổi thọ pin xe điện với thiết kế điện cực tinh thể đơn. Tiến bộ này không những giúp xe điện đi được lâu hơn và xa hơn, mà còn mở đường cho quá trình tích hợp nguồn năng lượng tái tạo vào lưới điện chung.
Trên đây là kết quả nghiên cứu được dẫn dắt bởi Giáo sư Jeff Dahn từ Đại học Dalhousie ở Halifax, và được tài trợ bởi Tesla Canada và Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Tự nhiên và Kỹ thuật Canada. Sản phẩm pin mới của họ có độ bền ấn tượng khi chịu được hơn 20.000 chu kỳ sạc-xả trước khi tụt xuống ngưỡng 80% dung lượng.
Để so sánh, 20.000 chu kỳ sạc-xả tương đương với việc pin cung cấp năng lượng cho xe điện suốt 8 triệu kilomet mà mới chai có 20%.
Hình minh họa.
Theo lời giải thích của Tiến sĩ Toby Bond, một nhà khoa học cấp cao tại Trung tâm Nguồn sáng Canada (CLS), nghiên cứu tập trung vào tìm hiểu những hư hại tích lũy bên trong pin trong thời gian dài, đồng thời tìm cách hạn chế chúng.
Sử dụng công nghệ ánh sáng synchrotron tiên tiến, nhóm nghiên cứu đã tiến hành phân tích chi tiết cấu trúc bên trong của pin. Nhờ đó, các nhà nghiên cứu có thể nghiên cứu cấu trúc bên trong của cả hai loại pin mà không cần tháo rời chúng.
Trong nghiên cứu, pin điện cực tinh thể đơn mới được so sánh với pin lithium-ion thông thường, vốn chỉ chịu được 2.400 chu kỳ sạc-xả trước khi tụt xuống ngưỡng dung lượng 80%.
Sau quá trình sạc-xả liên tục, các loại pin thông thường xuất hiện nhiều vết nứt siêu nhỏ trên điện cực, trong khi đó pin điện cực tinh thể đơn hầu như không có dấu hiệu xuống cấp. "T rong hình ảnh của chúng tôi, nó trông gần như một tế bào pin hoàn toàn mới ", Tiến sĩ Toby Bond cho biết, " chúng tôi gần như không thể nhận ra sự khác biệt ".
Chính cấu trúc của các hạt vật chất tạo nên điện cực đã làm nên sự khác biệt. Pin truyền thống sử dụng các điện cực được tạo thành từ những hạt nhỏ, vốn bao gồm các cụm tinh thể nhỏ hơn. Ngược lại, điện cực đơn tinh thể là một tinh thể liên tục và duy nhất, giúp nó có khả năng chịu đựng áp lực cơ học và ứng suất tốt hơn nhiều.
Tiến sĩ Bond so sánh sự khác biệt này với việc so sánh giữa một quả cầu tuyết và một khối băng, khi khối băng rắn hơn rất nhiều và khó bị nghiền nát.
Thực tế, chỉ có điện cực của pin mới được cấu thành từ tinh thể đơn, hình ảnh trên chỉ mang tính chất minh họa.
Đột phá này mang lại tác động sâu rộng cho ngành công nghiệp xe điện và nhiều lĩnh vực khác. Các quy định hiện tại tại Mỹ yêu cầu pin xe điện phải duy trì ít nhất 80% dung lượng sạc ban đầu sau 8 năm sử dụng.
Tuy nhiên, các chuyên gia trong ngành đang hướng đến mục tiêu phát triển pin có tuổi thọ kéo dài hàng thập kỷ, thậm chí pin tái chế có thể được dùng cho "vòng đời thứ hai", chẳng hạn như lưu trữ năng lượng quy mô lớn từ các nguồn tái tạo như gió và năng lượng mặt trời.
Tuổi thọ kéo dài của các loại pin mới này có thể vượt qua cả các bộ phận khác của xe điện, đánh dấu một cột mốc quan trọng trong công nghệ EV. " Chúng ta thực sự cần xe điện phải tồn tại càng lâu càng tốt, vì thời gian sử dụng càng dài, tác động cải thiện dấu chân carbon của nó càng lớn ", ông Bond giải thích.
Nhóm nghiên cứu cho biết các loại pin tiên tiến này đã được đưa vào sản xuất thương mại và dự kiến sẽ được áp dụng rộng rãi hơn trong những năm tới.
" Tôi nghĩ rằng những nghiên cứu như thế này giúp khẳng định độ tin cậy của chúng, đồng thời hỗ trợ các công ty sản xuất và sử dụng loại pin này lên kế hoạch dài hạn ", Tiến sĩ Bond nhận định.
