Các nhà khoa học Trung Quốc vừa công bố một loại chất điện phân rắn dạng lớp (layered solid electrolyte) đột phá, đạt độ dẫn ion tương đương chất lỏng nhưng vẫn duy trì được độ linh hoạt cơ học. Phát hiện này hứa hẹn gỡ bỏ "nút thắt" lớn nhất trong việc thương mại hóa pin thể rắn trên xe điện.
Ảnh minh họa.
Giải mã nghịch lý của pin thể rắn
Pin thể rắn đang được coi là "chén thánh" của ngành năng lượng nhờ tính an toàn (không dễ cháy như pin lỏng) và mật độ năng lượng cao. Tuy nhiên, các vật liệu dẫn điện tốt thường rất giòn và đòi hỏi áp suất nén cực lớn để duy trì tiếp xúc giữa các thành phần. Điều này làm tăng trọng lượng, chi phí và độ phức tạp của hệ thống pin.
Để giải quyết vấn đề này, đội ngũ nghiên cứu đã phát triển một cấu trúc composite linh hoạt, tách biệt hoàn toàn hai chức năng là dẫn ion và độ bền cơ học. Thay vì dùng một vật liệu duy nhất, nhóm nghiên cứu xây dựng kiến trúc xếp lớp xen kẽ:
- Các tấm nano vô cơ (LiMPS): Được căn chỉnh vuông góc để tạo ra các "siêu đường dẫn" ion liên tục.
- Lớp polymer (PEO): Cung cấp độ dẻo dai, giúp chất điện phân bám dính chặt chẽ vào điện cực mà không cần lực ép lớn.
Kết quả thử nghiệm cho thấy phiên bản PA-LiCdPS/PEO đạt độ dẫn ion cao ở 25 độ C, tương đương với các loại điện phân dạng lỏng hiện nay. Điểm đột phá nhất của công nghệ này là khả năng hoạt động ở áp suất cực thấp (dưới 0,1-0,5 MPa), trong khi các loại pin thể rắn thông thường cần áp suất lên tới hàng trăm MPa.
Độ bền ấn tượng giúp pin dạng cúc áo (coin cell) giữ được 92% dung lượng sau 600 chu kỳ sạc. Trong khi đó ở dạng pin túi (pouch cell), chúng có thể hoạt động mà không cần các hệ thống kẹp cơ khí nặng nề, giúp giảm đáng kể trọng lượng bộ pin trên xe điện.
Công nghệ pin thể rắn mới mở ra tương lai xán lạn cho ngành xe điện.
Khắc phục điểm yếu nhạy cảm với không khí
Các chất điện phân gốc sulfide truyền thống thường bị phân hủy chỉ sau vài phút tiếp xúc với độ ẩm, giải phóng khí H2S độc hại. Ngược lại, loại vật liệu mới này vẫn giữ được độ dẫn điện cao và hầu như không giải phóng khí độc ngay cả sau 7 ngày tiếp xúc với không khí ẩm.
Nghiên cứu này, được công bố trên tạp chí danh giá Nature Nanotechnology, đã chứng minh rằng tốc độ dẫn ion cực nhanh và tính linh hoạt cơ học có thể cùng tồn tại. Nếu được sản xuất ở quy mô lớn, đây sẽ là "cú hích" đưa pin thể rắn từ phòng thí nghiệm ra thị trường xe điện và lưu trữ năng lượng lưới điện.
