Một nhóm nghiên cứu tại Hàn Quốc đã phát triển phương pháp mới giúp pin lithium–kim loại trở nên an toàn hơn, bền hơn và tiến gần hơn đến khả năng thương mại hóa . Nghiên cứu này mở ra hy vọng cho tương lai xe điện và lưu trữ năng lượng quy mô lớn.
Dưới sự dẫn dắt của tiến sĩ Jungdon Suk tại Viện Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT), nhóm nghiên cứu đã phát minh ra một kỹ thuật “in chuyển” đặc biệt.
Kỹ thuật này cho phép tạo ra lớp bảo vệ trên bề mặt lithium mà không cần dùng đến dung môi hóa học độc hại hay làm hỏng lớp lithium nhạy cảm — một thách thức lớn khiến công nghệ pin lithium–kim loại bị chậm phát triển nhiều năm qua.
Pin lithium–kim loại: Cách mạng năng lượng mới?
Không giống pin lithium-ion thông thường sử dụng cực âm bằng graphite, pin lithium–kim loại sử dụng lithium nguyên chất, có mật độ năng lượng gấp 10 lần — cho phép tích trữ nhiều năng lượng hơn trong một viên pin nhỏ và nhẹ hơn đáng kể.
Đây là công nghệ cốt lõi cho các loại pin tiên tiến như pin thể rắn và pin lithium–lưu huỳnh. Tuy nhiên, lithium kim loại có một điểm yếu chí tử: trong quá trình sạc/xả, các sợi nhỏ giống kim gọi là dendrite có thể mọc trên bề mặt lithium.
Khi phát triển đủ lớn, chúng gây ra đoản mạch, cháy nổ hoặc hỏng hoàn toàn pin. Cách tiếp cận đột phá từ Hàn Quốc là họ đã dùng một phương pháp gián tiếp.
Nguyên mẫu pin Lithion-kim loại do nhóm nghiên cứu phát triển. Ảnh: KRICT – Jungdon Suk
Thông thường, để ngăn dendrite, người ta phủ lớp bảo vệ trực tiếp lên lithium bằng các dung môi lỏng — nhưng điều này dễ gây nhiễm bẩn và làm hỏng bề mặt lithium, khiến việc sản xuất hàng loạt cực kỳ khó khăn.
Nhóm KRICT thay đổi hoàn toàn quy trình này. Họ tạo sẵn lớp bảo vệ trên bề mặt khác, rồi “dán” nhẹ lên lithium bằng áp lực — tương tự như dán đề-can.
Phương pháp này được gọi là in chuyển dạng cuộn (roll-to-roll transfer printing). Nó sạch, dễ mở rộng và không làm tổn thương vật liệu lithium. Họ thiết kế hai loại lớp bảo vệ, một bằng hợp kim oxit nhôm và vàng. Lớp còn lại là vật liệu lai bằng gốm và polyme dẻo.
Cả hai loại chỉ dày khoảng 5 micromet, nhưng có thể phủ đều diện tích lớn, ngăn dendrite phát triển và giúp ion lithium di chuyển hiệu quả hơn giữa cực và chất điện phân.
Trong các thử nghiệm, pin có lớp bảo vệ giữ được hơn 81% dung lượng sau 100 chu kỳ sạc — gấp đôi so với lithium không bảo vệ — và vẫn ổn định ngay cả khi sạc nhanh.
Pin lithium-ion cực kỳ phổ biến nhưng nguy cơ cháy nổ là vấn đề đáng ngại nhất hiện nay. Ảnh: Gen AI
Nhóm đã thành công tạo ra nguyên mẫu pin với kích thước 245 × 50 mm, tương đương 1/2 viên pin size AAA. Điều này chứng tỏ nó phù hợp sản xuất ở quy mô công nghiệp.
Các nhà khoa học tin rằng phương pháp này có thể thúc đẩy việc thương mại hóa pin lithium–kim loại, đặc biệt cho xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn, đồng thời có thể áp dụng cho các công nghệ pin mới như pin thể rắn và pin lithium–lưu huỳnh.
Tiến sĩ Young-Kuk Lee, Chủ tịch KRICT, khẳng định: “Đây là một trong những giải pháp thực tế nhất để hiện thực hóa pin lithium–kim loại năng lượng cao”, và nhấn mạnh tiềm năng của công nghệ này trong việc nâng cao vị thế của Hàn Quốc trong chuỗi cung ứng pin toàn cầu.
