KAIST lần đầu ghi nhận "khoảnh khắc pin lithium kim loại xuống cấp", mở ra hướng tăng quãng đường xe điện

Các nhà nghiên cứu của KAIST đã lần đầu tiên quan sát trực tiếp ở cấp độ nano quá trình pin lithium kim loại bắt đầu xuống cấp, qua đó làm sáng tỏ nguyên nhân cốt lõi khiến hiệu suất pin suy giảm.

Ngày 10/5, KAIST cho biết nhóm nghiên cứu do Giáo sư Hong Seung-beom thuộc Khoa Kỹ thuật Vật liệu mới dẫn đầu đã thành công trong việc xác định cơ chế xuống cấp của “cực âm lithium kim loại” – một thành phần cốt lõi của pin thế hệ mới.

Lithium kim loại được xem là “vật liệu pin trong mơ” nhờ mật độ năng lượng cao vượt trội so với pin hiện nay. Tuy nhiên, việc hiệu suất giảm mạnh sau nhiều lần sạc và xả vẫn là rào cản lớn đối với quá trình thương mại hóa. Đặc biệt, trong quá trình sử dụng, lithium có thể tích tụ hoặc bong tách không đồng đều, tạo ra hiện tượng gọi là “lithium chết” – tức lithium bị cô lập về mặt điện học. Hiện tượng này không chỉ làm giảm hiệu suất pin mà còn gây ra các vấn đề về an toàn.

Để tìm hiểu nguyên nhân, nhóm nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi lực nguyên tử điện hóa thời gian thực, cho phép quan sát trực tiếp bên trong pin khi lithium được lắng đọng và biến mất trong suốt quá trình sạc – xả.
Kết quả cho thấy phản ứng của lithium không diễn ra đồng đều trên toàn bộ bề mặt điện cực mà chỉ tập trung ở một số vị trí nhất định.

Tại những khu vực có bề mặt gồ ghề hoặc cấu trúc xốp nhiều lỗ rỗng, khi lithium tách ra sẽ dễ hình thành khoảng trống. Điều này khiến lithium bị cô lập về điện và tạo thành “lithium chết” – nguyên nhân chính dẫn đến sự suy giảm dung lượng pin.

Nhóm nghiên cứu nhận định đây chính là yếu tố trực tiếp khiến hiệu suất pin giảm nhanh theo thời gian.
Theo các nhà khoa học, nếu có thể kiểm soát bề mặt hình thành lithium một cách đồng đều và chính xác hơn, tuổi thọ và độ an toàn của pin lithium kim loại có thể được cải thiện đáng kể.

Giáo sư Hong Seung-beom cho biết nghiên cứu này đã đưa ra hướng thiết kế mới giúp đồng thời tăng quãng đường di chuyển của xe điện và kéo dài tuổi thọ pin.
Ông nhấn mạnh đây sẽ là nền tảng quan trọng cho việc phát triển các loại pin thế hệ tiếp theo an toàn hơn và bền hơn trong tương lai.