Chất điện phân rắn mang lại lợi ích chính so với chất lỏng, đó là chúng không gây nổ. Tất nhiên, cho đến nay, sự an toàn được cải thiện phải trả giá bằng việc giảm hiệu suất, cụ thể là chất điện phân rắn thường kém hơn trong việc dẫn các ion lithium qua vật liệu của chúng. Giờ đây, các nhà nghiên cứu ở Liverpool đã giải quyết được vấn đề vận chuyển ion bằng chất điện phân rắn mới làm từ lithium, silicon, lưu huỳnh và iốt có hình dạng cấu trúc tinh thể ba chiều.

Cấu trúc này cung cấp 15 con đường khác nhau để các ion lithium di chuyển qua vật liệu. Những con đường này được gọi là môi trường phối hợp, đề cập đến cách các ion (cation) tích điện dương được bao quanh và tương tác với các nguyên tử hoặc phân tử lân cận. Số lượng con đường đánh dấu sự khởi đầu đáng kể so với các chất điện phân rắn lithium tiên tiến hiện nay, thường chỉ có ba hoặc bốn môi trường lithium khác nhau trong cấu trúc tinh thể của chúng.

Theo GS. Matthew Rosseinsky (Đại học Liverpool) – đồng tác giả nghiên cứu, không giống như các chất điện phân rắn truyền thống có ít con đường, vật liệu mới kết hợp cấu trúc mật độ cao hơn với một tập hợp các con đường đa dạng, cung cấp cho các ion lithium vô số lựa chọn để chuyển động. Sự đa dạng về cấu trúc này làm giảm khả năng bẫy ion và cải thiện độ dẫn điện tổng thể.

Trong nghiên cứu về vật liệu mới, các nhà nghiên cứu đã xác nhận rằng độ dẫn điện đặc biệt của vật liệu này có thể so sánh với độ dẫn điện của chất điện phân lỏng. Ngoài ra, vật liệu này thể hiện năng lượng kích hoạt thấp, cho thấy rào cản năng lượng tối thiểu đối với chuyển động của lithium-ion. Các nhà nghiên cứu tin rằng những kết quả đầy hứa hẹn này sẽ định vị vật liệu mới là một ứng cử viên khả thi để sử dụng làm chất điện phân rắn trong các công nghệ pin thế hệ tiếp theo.

GS. Matthew Rosseinsky cho biết vật liệu mới thể hiện các tính năng hiệu suất ấn tượng trong các ứng dụng pin thực tế. Hoạt động như chất điện phân trong cấu hình tế bào hoàn toàn rắn cùng với cực âm oxit lithium coban và cực dương kim loại lithium, vật liệu mới có mật độ năng lượng, mật độ năng lượng và vòng đời tốt hơn so với chất điện phân lỏng truyền thống. GS. Matthew Rosseinsky cũng nhấn mạnh rằng thành phần của chất điện phân rắn mới bao gồm các nguyên tố không độc hại, có nhiều trong đất, hỗ trợ các sáng kiến tái chế pin, giảm thiểu tác động đến môi trường và thúc đẩy nền kinh tế tuần hoàn.

Tầm quan trọng của bước tiến này không chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu về pin. Các nhà nghiên cứu đã kết hợp các mô hình AI vào nghiên cứu, cho phép mở rộng tìm kiếm các vật liệu hiệu suất cao có thể có. Trong quá trình nghiên cứu và phát triển, AI đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc xác định các thành phần hóa học đầy hứa hẹn, hướng dẫn các nhà nghiên cứu tìm kiếm các vật liệu có đặc điểm cấu trúc độc đáo có lợi cho việc vận chuyển ion.

GS. Matthew Rosseinsky thừa nhận rằng vẫn còn những thách thức trong việc áp dụng rộng rãi vật liệu mới. Tính không ổn định của vật liệu trong không khí và độ ẩm gây ra trở ngại đáng kể trong quá trình sản xuất, đòi hỏi môi trường được kiểm soát trong quá trình lắp ráp pin để duy trì độ ổn định. Ngoài ra, mặc dù vật liệu mới mang lại những tính năng hiệu suất đầy hứa hẹn nhưng vẫn cần nghiên cứu thêm để tối ưu hóa quá trình tổng hợp, khả năng mở rộng và khả năng tương thích với các công nghệ pin hiện có.