Pin mới cho phép xe điện đi hơn 1.000km/sạc, có chạy ở Nam Cực pin sụt rất ít

Một nhóm nhà khoa học Trung Quốc đã công bố bước tiến quan trọng trong lĩnh vực pin xe điện, khi phát triển thành công hệ điện phân mới, trong đó thay thế nguyên tử oxy bằng nguyên tử flo, cho phép pin lithium đạt mật độ năng lượng lên tới 700Wh/kg.

Nghiên cứu do giáo sư Zhao Qing (khoa hóa học, Đại học Nam Khai), viện sĩ Chen Jun – Phó hiệu trưởng điều hành Đại học Nam Khai – cùng nhà nghiên cứu Li Yong (Viện Nguồn năng lượng không gian Thượng Hải) dẫn dắt. Kết quả đã được đăng tải trực tuyến trên tạp chí khoa học quốc tế Nature ngày 25-2.

Theo ông Chen Jun, các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy pin đạt mật độ năng lượng vượt 700Wh/kg. Con số này cao hơn đáng kể so với nhiều công nghệ pin thương mại hiện nay.

Đáng chú ý, trong môi trường cực lạnh tới -50°C, pin vẫn duy trì mật độ năng lượng gần 400Wh/kg – một yếu tố quan trọng với các thị trường có khí hậu khắc nghiệt.

Theo công bố, chất điện phân pin lithium thương mại hiện nay thường sử dụng muối lithium và dung môi este carbonate. Cơ chế phối trí giữa ion lithium và nguyên tử oxy giúp hòa tan muối lithium, song lại tồn tại nhiều hạn chế như độ thấm ướt kém, cần lượng dung môi lớn và cản trở truyền điện tích ở nhiệt độ thấp.

Để khắc phục, nhóm nghiên cứu đã thiết kế loạt phân tử dung môi hydrocarbon flo hóa mới. Hệ điện phân này thay thế cơ chế phối trí lithium – oxy truyền thống bằng lithium – flo, giúp cải thiện khả năng hòa tan muối lithium, tăng hiệu suất sử dụng và giảm lượng chất điện phân cần thiết.

Đáng chú ý, liên kết lithium – flo yếu hơn cho phép quá trình truyền điện tích diễn ra nhanh hơn, kể cả trong điều kiện nhiệt độ rất thấp.

Nhờ hệ điện phân mới, pin lithium đạt mật độ năng lượng riêng 700Wh/kg ở nhiệt độ phòng. Ngay cả trong môi trường lạnh tới -50°C, pin vẫn duy trì mức gần 400Wh/kg – con số được xem là rất ấn tượng trong bối cảnh nhiều loại pin hiện nay gặp khó khăn khi hoạt động dưới ngưỡng này.

Theo nhóm nghiên cứu, chìa khóa nằm ở việc điều chỉnh mật độ electron của nguyên tử flo và kiểm soát cấu trúc không gian của phân tử dung môi, từ đó tối ưu khả năng hòa tan muối lithium.

Hiện nay pin Qilin của CATL có mật độ năng lượng hệ thống khoảng 250 – 255Wh/kg, được xem là tiệm cận giới hạn trên của công nghệ lithium thương mại.

Trong khi đó, các dòng pin thể rắn đang phát triển cũng mới chỉ đạt dưới 400Wh/kg. Vì vậy dù mức 700Wh/kg có thể mới dừng ở cấp độ cell pin, thành tựu này vẫn được đánh giá là đã đưa pin lithium truyền thống tiệm cận trình độ công nghệ thể rắn hiện tại.

Nhóm nghiên cứu cho rằng pin năng lượng cao dựa trên hệ điện phân mới có tiềm năng ứng dụng trong xe năng lượng mới, robot thông minh, kinh tế tầm thấp, cũng như trong môi trường cực lạnh và lĩnh vực hàng không vũ trụ.

Nếu sớm được thương mại hóa, công nghệ này có thể mở ra cơ hội nâng thêm mật độ năng lượng của pin lithium không thể rắn – yếu tố then chốt quyết định tầm hoạt động và hiệu suất của xe điện trong tương lai.

Pin xe điện sống lâu hơn cả bản thân chiếc xe

Phân tích hơn 8.000 bài kiểm tra pin từ 36 hãng xe tại Anh cho thấy phần lớn pin xe điện vẫn duy trì trên 95% dung lượng ban đầu. Kết quả này có thể thay đổi cách nhìn về giá trị và độ bền của xe điện đã qua sử dụng.