Những đột phá trong công nghệ pin lithium mở đường cho một tương lai năng lượng thông minh hơn

Trong một loạt các tiến bộ đột phá, các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới đã công bố những cải tiến có khả năng định hình lại hiệu suất và độ an toàn của pin lithium. Những phát triển này giải quyết các thách thức quan trọng về mật độ năng lượng, tốc độ sạc, tuổi thọ và tính bền vững, báo hiệu một sự thay đổi mang tính chuyển đổi đối với các ngành công nghiệp phụ thuộc vào lưu trữ năng lượng, từ xe điện (EV) đến các hệ thống năng lượng tái tạo.

1. Mật độ năng lượng cao hơn để tăng phạm vi hoạt động

Các nhà khoa học Trung Quốc từ Đại học Thiên Tân đã phát triển một loại pin lithium-kim loại đạt mật độ năng lượng trên 600 Wh/kg—gấp đôi hoặc gấp ba dung lượng của pin lithium-ion thông thường. Đột phá này, được công bố trên Nature, tận dụng thiết kế chất điện phân "phi tập trung" mới để ổn định cấu trúc của pin đồng thời tối đa hóa việc lưu trữ năng lượng. Công nghệ này đã được tích hợp vào máy bay không người lái hoàn toàn bằng điện thu nhỏ, kéo dài thời gian bay thêm 2.8 lần . Tương tự, Đại học Khoa học và Công nghệ Hoa Trung đã tạo ra chất điện phân "vi nhũ tương" cho phép pin đạt 547 Wh/kg đồng thời duy trì độ an toàn đặc biệt, vượt qua các bài kiểm tra xuyên đinh mà không cần đánh lửa .

2. Sạc nhanh để thu hẹp khoảng cách với nhiên liệu hóa thạch

Tại Đại học Maryland, các nhà nghiên cứu đã xác định "lực kéo thẩm thấu điện" là một nút thắt cổ chai chính trong pin sạc nhanh. Bằng cách thiết kế lại chất điện phân, họ đã đạt được 80% sạc chỉ trong 13 phút—một cột mốc quan trọng đối với EV hiện cần hàng giờ để sạc lại. Khám phá này, được trình bày chi tiết trong Science, mở ra một con đường để sạc EV nhanh như tiếp nhiên liệu cho xe chạy xăng .

3. Kéo dài tuổi thọ pin và tăng cường an toàn

Một nhóm tại Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST) của Hàn Quốc đã giới thiệu chất điện phân polymer dạng gel được nhúng với anthracene. Vật liệu này ngăn chặn các loại oxy phản ứng, nguyên nhân chính gây ra sự suy giảm của pin, kéo dài tuổi thọ chu kỳ thêm 2.8 lần và giảm sưng gấp sáu lần. Những cải tiến như vậy rất quan trọng đối với pin EV điện áp cao, thường gặp các vấn đề về độ ổn định .

4. Tái tư duy về thiết kế pin để đạt hiệu quả và tính bền vững

LG Energy Solution đang tiên phong pin không cực dương, loại bỏ các vật liệu hoạt tính cực dương như than chì. Thiết kế này làm tăng mật độ năng lượng bằng cách tối ưu hóa không gian và đơn giản hóa sản xuất, cắt giảm chi phí. Công ty đặt mục tiêu kết hợp điều này với công nghệ thể rắn để có pin an toàn hơn, mạnh hơn . Trong khi đó, Đại học Chung-Ang đã phát triển một vật liệu lớp xen kẽ cho pin lithium-sulfur bằng cách sử dụng chất xúc tác nguyên tử đơn coban. Đổi mới này hạn chế "hiệu ứng con thoi polysulfide", một rào cản lớn đối với hóa học tiềm năng cao này .

5. Nền tảng lý thuyết cho những đổi mới trong tương lai

Các nhà nghiên cứu MIT đã đề xuất một mô hình thống nhất làm nổi bật rằng sự chuyển electron—không phải sự di chuyển của ion—là bước giới hạn tốc độ trong quá trình sạc. Được xuất bản trên Science, lý thuyết này cung cấp một khuôn khổ chung để thiết kế pin thế hệ tiếp theo, vượt ra ngoài các phương pháp thử và sai .

Ý nghĩa đối với một thế giới kết nối

Những tiến bộ này cùng nhau giải quyết các yêu cầu cấp thiết của điện khí hóa. Mật độ năng lượng cao hơn hỗ trợ EV có phạm vi hoạt động dài hơn và khả năng di chuyển trên không, trong khi sạc nhanh hơn và tuổi thọ dài hơn sẽ tăng cường sự tiện lợi cho người tiêu dùng và giảm thiểu chất thải. Những đổi mới như pin không cực dương và lithium-sulfur cũng hứa hẹn sẽ giảm sự phụ thuộc vào các nguồn tài nguyên khan hiếm, phù hợp với các mục tiêu bền vững toàn cầu.

Khi các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới vượt qua ranh giới của việc lưu trữ năng lượng, những đột phá này nhấn mạnh một tương lai nơi năng lượng sạch, hiệu quả có thể tiếp cận—cung cấp năng lượng cho mọi thứ, từ các thiết bị thông minh đến các thành phố thông minh.