Vn-Z.vn Ngày 22 tháng 01 năm 2025, Nhu cầu về pin có mật độ năng lượng cao và tuổi thọ dài ngày càng tăng, trong đó pin thể rắn hoàn toàn được đánh giá cao nhờ độ an toàn và mật độ năng lượng vượt trội, đặc biệt trong các ứng dụng giao thông điện.
Mới đây, nhóm nghiên cứu của GS. Pang Quan Quan thuộc Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, Đại học Bắc Kinh, đã phát triển một loại vật liệu điện phân thể rắn sulfide pha thủy tinh mới với độ dẫn ion cao. Dựa trên vật liệu này, nhóm đã chế tạo thành công pin lithium-sulfur (Li-S) thể rắn hoàn toàn có khả năng sạc nhanh và chu kỳ sạc vượt trội.
Vấn đề của pin lithium-sulfur thể rắn truyền thống và cơ chế phản ứng chuyển hóa lưu huỳnh thể rắn nhanh trong nghiên cứu này.
Đột phá công nghệ
Kết quả nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Nature ngày 16/1/2025 với tiêu đề “All-solid-state Li‒S batteries with fast solid‒solid sulfur reaction” (DOI: 10.1038/s41586-024-08298-9). Thành tựu này đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc phát triển thế hệ pin động lực tiếp theo, mang lại mật độ năng lượng cao, độ an toàn và chi phí thấp.
GS. Pang Quan Quan cho biết:
• “Khả năng sạc nhanh và tuổi thọ chu kỳ là hai tiêu chí quan trọng để đánh giá pin thể rắn hoàn toàn. Chúng tôi đã thiết kế vật liệu điện phân mới với các chức năng hóa học và cấu trúc đặc biệt, sử dụng nguyên tố iod có tính oxi hóa khử để kích hoạt phản ứng ở giao diện hai pha. Điều này giúp chuyển hóa phản ứng phụ không mong muốn thành phản ứng có lợi.”
Nhóm nghiên cứu cũng so sánh việc này với việc lái xe tự động thông minh:
• “Không chỉ giúp giảm bớt sự mệt mỏi khi lái xe đường dài, mà còn mang lại trải nghiệm thư giãn trong quá trình di chuyển.”
Hiệu năng ấn tượng
Nhờ chiến lược oxi hóa khử trung gian mới, pin Li-S thể rắn hoàn toàn đạt được:
• Sạc nhanh: Ở tốc độ sạc 2C, pin đạt dung lượng 1497 mAh/g. Ngay cả ở tốc độ sạc 20C, dung lượng vẫn đạt 784 mAh/g.
• Tuổi thọ cao: Tại 25°C, pin duy trì 80.2% dung lượng ban đầu sau 25.000 chu kỳ sạc ở tốc độ 5C.
Cơ chế khoa học mới
Khả năng hoạt động ổn định và bền vững của loại pin lithium-sulfur thể rắn (all-solid-state Li-S battery) khi sử dụng chất điện giải LBPSI (Li₂S‒B₂S₃‒P₂S₅‒LiI) trong điều kiện nhiệt độ phòng.
Pin sử dụng vật liệu điện phân thủy tinh LBPSI (Li2S‒B2S3‒P2S5‒LiI), vừa đóng vai trò là chất dẫn ion siêu nhanh vừa chứa iod với tốc độ phản ứng oxi hóa khử vượt trội. Điều này giúp kích hoạt phản ứng chuyển hóa sulfur thể rắn nhanh chóng, tăng mật độ điểm phản ứng hoạt động.
Bằng phương pháp khối phổ thời gian bay (TOF-SIMS), nhóm nghiên cứu đã chứng minh tính khả nghịch của iod trong quá trình sạc/xả pin. Các sản phẩm oxi hóa iod như I₂ và I₃⁻ gia tăng đáng kể khi sạc và giảm khi xả, khẳng định tính ổn định của cơ chế oxi hóa khử này.
Thành tựu này sẽ có tác động sâu rộng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm:
• Pin động lực cho xe hơi điện thế hệ mới.
• Pin động cơ bay tầm thấp.
• Pin cao cấp cho thiết bị điện tử.
Công trình nghiên cứu từ Đại học Bắc Kinh không chỉ mở rộng giới hạn hiệu năng của pin Li-S thể rắn hoàn toàn mà còn đặt nền móng cho sự phát triển của hệ thống pin động lực trong tương lai.
Mới đây, nhóm nghiên cứu của GS. Pang Quan Quan thuộc Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, Đại học Bắc Kinh, đã phát triển một loại vật liệu điện phân thể rắn sulfide pha thủy tinh mới với độ dẫn ion cao. Dựa trên vật liệu này, nhóm đã chế tạo thành công pin lithium-sulfur (Li-S) thể rắn hoàn toàn có khả năng sạc nhanh và chu kỳ sạc vượt trội.
Vấn đề của pin lithium-sulfur thể rắn truyền thống và cơ chế phản ứng chuyển hóa lưu huỳnh thể rắn nhanh trong nghiên cứu này.
Đột phá công nghệ
Kết quả nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Nature ngày 16/1/2025 với tiêu đề “All-solid-state Li‒S batteries with fast solid‒solid sulfur reaction” (DOI: 10.1038/s41586-024-08298-9). Thành tựu này đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc phát triển thế hệ pin động lực tiếp theo, mang lại mật độ năng lượng cao, độ an toàn và chi phí thấp.
GS. Pang Quan Quan cho biết:
• “Khả năng sạc nhanh và tuổi thọ chu kỳ là hai tiêu chí quan trọng để đánh giá pin thể rắn hoàn toàn. Chúng tôi đã thiết kế vật liệu điện phân mới với các chức năng hóa học và cấu trúc đặc biệt, sử dụng nguyên tố iod có tính oxi hóa khử để kích hoạt phản ứng ở giao diện hai pha. Điều này giúp chuyển hóa phản ứng phụ không mong muốn thành phản ứng có lợi.”
Nhóm nghiên cứu cũng so sánh việc này với việc lái xe tự động thông minh:
• “Không chỉ giúp giảm bớt sự mệt mỏi khi lái xe đường dài, mà còn mang lại trải nghiệm thư giãn trong quá trình di chuyển.”
Hiệu năng ấn tượng
Nhờ chiến lược oxi hóa khử trung gian mới, pin Li-S thể rắn hoàn toàn đạt được:
• Sạc nhanh: Ở tốc độ sạc 2C, pin đạt dung lượng 1497 mAh/g. Ngay cả ở tốc độ sạc 20C, dung lượng vẫn đạt 784 mAh/g.
• Tuổi thọ cao: Tại 25°C, pin duy trì 80.2% dung lượng ban đầu sau 25.000 chu kỳ sạc ở tốc độ 5C.
Cơ chế khoa học mới
Khả năng hoạt động ổn định và bền vững của loại pin lithium-sulfur thể rắn (all-solid-state Li-S battery) khi sử dụng chất điện giải LBPSI (Li₂S‒B₂S₃‒P₂S₅‒LiI) trong điều kiện nhiệt độ phòng.
Pin sử dụng vật liệu điện phân thủy tinh LBPSI (Li2S‒B2S3‒P2S5‒LiI), vừa đóng vai trò là chất dẫn ion siêu nhanh vừa chứa iod với tốc độ phản ứng oxi hóa khử vượt trội. Điều này giúp kích hoạt phản ứng chuyển hóa sulfur thể rắn nhanh chóng, tăng mật độ điểm phản ứng hoạt động.
Bằng phương pháp khối phổ thời gian bay (TOF-SIMS), nhóm nghiên cứu đã chứng minh tính khả nghịch của iod trong quá trình sạc/xả pin. Các sản phẩm oxi hóa iod như I₂ và I₃⁻ gia tăng đáng kể khi sạc và giảm khi xả, khẳng định tính ổn định của cơ chế oxi hóa khử này.
Thành tựu này sẽ có tác động sâu rộng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm:
• Pin động lực cho xe hơi điện thế hệ mới.
• Pin động cơ bay tầm thấp.
• Pin cao cấp cho thiết bị điện tử.
Công trình nghiên cứu từ Đại học Bắc Kinh không chỉ mở rộng giới hạn hiệu năng của pin Li-S thể rắn hoàn toàn mà còn đặt nền móng cho sự phát triển của hệ thống pin động lực trong tương lai.
