Trong những năm gần đây, cùng với xu hướng di chuyển không gây ô nhiễm môi trường và tiết kiệm năng lượng, thị trường xe ôtô điện đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới. Khác với xe động cơ đốt trong truyền thống, xe ôtô điện hầu như chỉ được cung cấp năng lượng bằng ắc quy ion lithium, vì vậy hiệu quả của ắc quy sẽ quyết định hiệu quả tổng thể của xe. Tuy nhiên, thời gian nạp chậm và công suất phát điện yếu vẫn còn là những trở ngại cần phải vượt qua.
Cho đến nay, phương pháp giảm cỡ hạt của vật liệu điện cực đã được áp dụng để cho phép ắc quy ion lithium có thể nạp-phóng điện nhanh hơn. Tuy nhiên, việc giảm cỡ hạt có bất lợi là làm giảm mật độ năng lượng trên thể tích của ắc quy, do đó giảm công suất điện cung cấp cho xe ôtô.
Vừa qua, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Khoa học và công nghệ Pohang kết hợp với các đồng nghiệp tại Đại học Sungkyunkwan, Hàn Quốc, lần đầu tiên đã chứng minh có thể giảm đáng kể thời gian nạp-phóng điện của ắc quy ion lithium mà không cần làm giảm cỡ hạt của vật liệu điện cực.
Đồng tác giả nghiên cứu, GS. Won-Sub Yoon (Đại học Sungkyunkwan) và đồng sự tại phòng thí nghiệm
Trong nghiên cứu của mình, các nhà khoa học nói trên đã xác định là nếu một pha trung gian trong quá trình chuyển pha được hình thành khi nạp - phóng điện thì sẽ tạo ra công suất lớn mà không làm giảm mật độ năng lượng trên thể tích của ắc quy và không làm giảm cỡ hạt do quá trình nạp-phóng điện nhanh, nhờ đó tạo điều kiện phát triển ắc quy ion lithium với tuổi thọ cao.
Theo đồng tác giả nghiên cứu GS. Won-Sub Yoon (Đại học Sungkyunkwan), nếu vật liệu tách pha trải qua quá trình tạo và phát triển các pha mới trong quá trình nạp - phóng điện, hai pha với thể tích khác nhau sẽ tồn tại trong cùng một hạt, dẫn đến nhiều khiếm khuyết cấu trúc ở giao diện tiếp xúc giữa hai pha. Những khiếm khuyết này ngăn cản sự phát triển nhanh của pha mới trong hạt, cản trở quá trình nạp - phóng điện nhanh.
"Bằng cách sử dụng phương pháp tổng hợp này có thể tạo ra một pha trung gian, có khả năng hoạt động như một đệm cấu trúc, nhờ đó giảm mạnh những thay đổi về thể tích giữa hai pha trong hạt", GS. Won-Sub Yoon giải thích.
Nhóm nghiên cứu cũng đã xác định được pha đệm trung gian có thể giúp tạo ra và phát triển một pha mới trong hạt, qua đó cải thiện tốc độ đưa liti vào hạt và lấy ra từ hạt. Đáp lại, việc đó cho thấy sự hình thành pha trung gian có thể làm tăng mạnh tốc độ nạp - phóng điện của ắc quy bằng cách tạo ra phản ứng điện hoá đồng nhất trong điện cực. Kết quả là điện cực ắc quy ion lithium do nhóm nghiên cứu tổng hợp đã nạp 90% điện tích trong 6 phút và phóng 54% điện tích trong 18 giây, mở ra triển vọng phát triển ắc quy ion lithium công suất cao.
Nghiên cứu nói trên đã đặt nền móng cho việc phát triển ắc quy ion lithium với khả năng nạp-phóng điện nhanh, có mật độ năng lượng cao và thời gian hoạt động lâu hơn.
Hà Thanh t/h
