Trường đại học tại Trung Quốc đã phát hiện một chất phụ gia rẻ tiền có thể nâng tuổi thọ pin xe điện lên gấp nhiều lần

Trong khi thế giới vẫn loay hoay tìm lời giải cho “bài toán pin” của xe điện, các nhà khoa học Trung Quốc vừa công bố một phát minh có thể thay đổi cục diện toàn cầu. Nhóm nghiên cứu tại Đại học Đông Nam đã phát triển thành công một phụ gia điện giải mới mang tên 1,3-dithiane, giúp pin lithium kim loại (Lithium Metal Batteries - LMBs) hoạt động ổn định tới 3.000 chu kỳ sạc - xả mà vẫn giữ hiệu suất cao.

Pin lithium-ion hiện là “xương sống” của thiết bị điện tử và xe điện. Tuy nhiên, chúng có giới hạn về mật độ năng lượng và tuổi thọ. Pin lithium kim loại được kỳ vọng là thế hệ kế tiếp với khả năng tích trữ năng lượng gấp nhiều lần, đủ để xe điện đi xa hơn, sạc nhanh hơn và bền hơn.

Điểm nghẽn lớn nhất của công nghệ này nằm ở cực dương lithium kim loại. Tại đây, các phản ứng không ổn định thường tạo ra dendrite - những tinh thể lithium dạng kim có thể xuyên thủng pin, gây chập cháy và khiến tuổi thọ pin rút ngắn. Các điện giải truyền thống càng làm vấn đề thêm trầm trọng, khiến pin khó tiến tới sản xuất quy mô công nghiệp.

Sắp có 1 giải pháp đột phá cho pin xe điện?

Thay vì thay đổi toàn bộ cấu trúc pin hay dây chuyền sản xuất, nhóm nghiên cứu tại Đại học Đông Nam (Trung Quốc) đã chọn một hướng tiếp cận ít tốn kém hơn: bổ sung phụ gia 1,3-dithiane trực tiếp vào điện giải. Điểm đặc biệt của hợp chất này là hàm lượng lưu huỳnh chiếm tới 53,5%, cao gấp đôi so với nhiều phụ gia truyền thống. Khi tham gia phản ứng, 1,3-dithiane không chỉ ổn định các thành phần hữu cơ trong điện giải mà còn kích thích hình thành lớp màng bảo vệ (SEI - Solid Electrolyte Interphase) giàu lưu huỳnh bao phủ bề mặt cực dương. Lớp màng SEI này đóng vai trò “lá chắn kép”: một mặt ngăn chặn sự hình thành và phát triển của các dendrite - những tinh thể lithium dạng kim nguy hiểm; mặt khác hạn chế các phản ứng phụ làm pin xuống cấp. Kết quả là cấu trúc cực dương được duy trì ổn định, tuổi thọ pin kéo dài hơn nhiều lần so với khi dùng điện giải truyền thống.

Kết quả thử nghiệm đăng trên National Science Review cho thấy: pin Li||LiFePO₄ giữ được 83,6% dung lượng sau 3.300 chu kỳ sạc - xả ở tốc độ 1C, tương đương tuổi thọ gấp nhiều lần pin thông thường. Đặc biệt, phương pháp này không yêu cầu thay đổi dây chuyền sản xuất, giúp rút ngắn khoảng cách từ phòng thí nghiệm tới thương mại hóa.

Nếu được triển khai ở quy mô công nghiệp, pin lithium kim loại ứng dụng phụ gia 1,3-dithiane có thể trở thành bước ngoặt cho ngành xe điện. Nhờ mật độ năng lượng cao, xe điện sẽ đi được quãng đường dài hơn chỉ sau một lần sạc. Hiệu suất ổn định cũng giúp rút ngắn thời gian nạp điện, giảm đáng kể nỗi lo “chờ sạc” của người dùng. Thêm vào đó, tuổi thọ pin được kéo dài, dung lượng ít suy giảm theo thời gian, giúp xe vận hành bền bỉ hơn và giảm chi phí thay pin, vốn là bài toán tốn kém nhất với chủ xe.

Không chỉ dừng ở ô tô điện, công nghệ này còn hứa hẹn tạo ra bước đột phá cho ngành năng lượng tái tạo. Các hệ thống điện gió, điện mặt trời vốn phụ thuộc vào giải pháp lưu trữ lớn và ổn định, nay có thể tận dụng loại pin mới để tích trữ năng lượng lâu dài, an toàn hơn và sẵn sàng cung ứng khi nhu cầu điện tăng cao.

So sánh một số hướng nghiên cứu pin lithium kim loại: