Thiết kế "ngược đời" của pin lithium-ion mới: sạc nóng ở 60 độ C chỉ 10 phút là đầy

Chúng ta vẫn đau đáu chờ ngày thay máu công nghệ pin lithium-ion, đang tồn tại trong những thiết bị điện từ nhỏ nhất tới tới những cỗ xe tự hành của Tesla. Mới đây, lại một nghiên cứu mới xuất hiện, cho chúng ta một khả năng nữa, một công nghệ nữa có thể là ứng cử viên cho lời hứa hẹn đã tồn tại suốt nhiều năm trời. Nghiên cứu mới đã được nhóm các nhà khoa học của Đại học Bang Pennsylvania xuất bản trên tạp chí Joule hồi cuối tháng Mười vừa rồi.

Họ phát triển được một loại pin li-ion mới, có thể sạc ở nhiệt độ cao (hơn bình thường so với pin li-ion) để tăng tỷ lệ tương tác điện hóa học, thế nhưng vẫn đủ nguội khi được xả. Quy ra đơn vị “thực tế”, tiềm năng của pin này là thêm cho xe điện 200 dặm - khoảng 320 km với 10 phút sạc.

Nếu tăng quy mô công nghệ này lên, thiết kế pin li-ion mới sẽ cho phép người sử dụng xe điện không còn lo lắng hết pin giữa chừng. 

Chúng ta biết rằng pin của xe điện cần phải được sạc thật nhanh để có thể đáp ứng nhu cầu của người dùng; những người sử dụng ở đây có thể là khách hàng thông thường đang trong tình huống gấp gáp, một chiếc xe cứu thương/xe cảnh sát khi đưa bệnh nhân tới viện/truy đuổi kẻ ngoài vòng pháp luật. Tuy nhiên, việc sạc gấp như vậy sẽ yêu cầu pin phải nhanh chóng nhận vào 400 kilowatt năng lượng, một tốc độ không xe điện nào dám với tới bởi nó sẽ ảnh hưởng nặng nề tới tuổi thọ pin.

Trong khi pin li-ion thông thường được sạc và xả ở cùng một nhiệt độ, các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Bang Pennsylvania lại nhận thấy rằng nếu họ sạc pin ở nhiệt độ 60 độ C trong một vài phút, rồi xả pin ở một nhiệt độ thấp hơn, pin sẽ không còn bị “tổn thọ”.

“Bên cạnh việc sạc nhanh, thiết kế này cho chúng ta giới hạn thời gian pin bị nóng lại, tức là kéo dài được tuổi thọ pin”, tác giả chính của nghiên cứu, giáo sư Chao-Yang Wang cho hay. “Điểm mấu chốt là nhận ra được thời điểm pin bị nóng lên một cách nhanh chóng, nếu không pin sẽ bị nóng trong khoảng thời gian lâu, khiến tuổi thọ pin giảm”.

Để giảm thời gian pin gặp nhiệt độ cao nhưng cùng lúc đó tăng nhiệt độ pin lên 60 độ C cho đồng đều, Wang và cộng sự phủ ngoài pin li-ion một cấu trúc kền tự tăng nhiệt độ, đã được làm nóng sẵn trong vòng 30 giây. Để thử nghiệm toàn bộ hệ thống pin mới, họ sử dụng nhiều biện pháp làm mát để giữ pin ở một mức nhiệt độ bất biến. Để khẳng định pin không có vấn đề gì, họ mổ pin ra để kiểm tra sau quá trình thử nghiệm.

Đội ngũ nghiên cứu thấy rằng nếu đặt pin ở mức nhiệt 60 độ C, toàn bộ hệ thống có thể duy trì 1.700 vòng sạc nhanh và xả pin.

“Trong quá khứ, chúng ta vẫn tin rằng pin li-ion phải tránh nhiệt độ cao vì sợ sẽ xảy ra những phản ứng không hay”, giáo sư Wang nói. “Nghiên cứu mới cho thấy nhiệt độ cao có thể có lợi cho pin, khi cho pin tiếp xúc với nhiệt độ trong một khoảng thời gian nhất định thì lợi ích sẽ bỏ xa mặt hại”.

Các nhà khoa học còn nhấn mạnh rằng có thể tăng quy mô công nghệ này lên thêm nhiều lần, bởi lẽ gần mọi thiết bị sử dụng trong thử nghiệm đều đã có sẵn; hơn nữa, họ cũng đã thử nghiệm pin ở quy mô lớn và cho thấy kết quả khả quan. Lớp kền sẽ làm tăng giá thành sản xuất pin lên khoảng 0,47%/mỗi đơn vị pin, nhưng bởi thiết kế mới không cần tới một số thành phần vốn có trong pin hiện đại, chi phí thực tế có thể sẽ còn rẻ hơn.

Nhóm nghiên cứu đang cố gắng tiến xa một bước nữa, thử xem có thể sạc đầy pin chỉ trong 5 phút không. Ta đều mong ngóng tin vui từ họ.

Tham khảo Cell, NewScientist