Các nhà nghiên cứu vừa phát hiện ra một cơ chế thoái hóa mới trong pin lithium-ion, hiện tượng này được kích hoạt bởi quá trình xả sâu. Dưới sự dẫn dắt của Giáo sư Jihyun Hong từ khoa Kỹ thuật pin, nghiên cứu này chỉ ra rằng việc tránh tình trạng xả hoàn toàn có thể giúp kéo dài đáng kể tuổi thọ của các pin có hàm lượng niken cao. Thông tin này mở ra hướng đi mới trong việc nâng cao hiệu suất và độ bền của công nghệ pin trong tương lai.
Một nhóm nghiên cứu vừa công bố thông tin quan trọng trên trang bìa của tạp chí Advanced Energy Materials. Họ đã tập trung vào pin lithium-ion, loại pin chủ yếu được sử dụng trong xe điện. Thay vì áp dụng catốt ba thành phần truyền thống gồm niken, mangan và coban, ngành công nghiệp đã chuyển hướng sang phát triển catốt có hàm lượng niken cao hơn nhằm giảm chi phí sản xuất. Tuy nhiên, sự thay đổi này có thể dẫn đến việc giảm tuổi thọ của pin. Điều này mở ra những thách thức và cơ hội mới cho tương lai của công nghệ pin trong xe điện.
Trước đây, người dùng thường nghĩ rằng hiệu suất pin bị suy giảm chủ yếu do việc sạc quá mức. Tuy nhiên, những nghiên cứu gần đây đã chỉ ra một thực tế mới: sự suy giảm hiệu suất cũng diễn ra trong điều kiện điện áp ổn định. Nhóm nghiên cứu đã tập trung vào quá trình xả, và qua đó tiết lộ rằng khi pin được sử dụng kéo dài mà không được sạc lại, hiện tượng "phản ứng chuyển đổi bán phần" sẽ xuất hiện trên bề mặt cực âm. Điều này mở ra hướng đi mới trong việc hiểu biết và cải thiện tuổi thọ pin.
Trong quá trình hoạt động, oxy được giải phóng và tương tác với lithium, tạo thành lithium oxide (Li₂O). Quá trình này dẫn đến sự phân hủy của pin, đặc biệt là ở các catốt niken cao. Khi dung lượng pin giảm dần, tình trạng phồng pin trở nên rõ rệt hơn, ảnh hưởng đến hiệu suất và an toàn sử dụng.
Việc tăng cường điện áp xả mang lại hiệu quả tích cực trong việc ngăn chặn sự mất oxy cũng như các phản ứng phụ diễn ra trên bề mặt. Điều này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn làm giảm đáng kể sự phát thải của các khí như CO, CO₂, CH₄ và C₂H₄. Từ đó, chúng ta có thể thấy rõ tầm quan trọng của công nghệ này trong việc cải thiện hiệu suất và giảm tác động xấu tới môi trường.
Nghiên cứu mới đã chỉ ra một giải pháp đơn giản nhằm tối ưu hóa hiệu suất pin: tối ưu hóa việc sử dụng và hạn chế xả sâu. Các thí nghiệm cho thấy pin có hàm lượng niken cao, sau 250 chu kỳ xả sâu, chỉ còn lại 3,8% dung lượng. Ngược lại, pin được sử dụng theo cách có kiểm soát vẫn giữ được 73,4% dung lượng sau 300 chu kỳ. Điều này cho thấy việc áp dụng phương pháp này có thể gia tăng tuổi thọ pin lên đến 19 lần.
Giáo sư Jihyun Hong đã chỉ ra rằng tác động của quá trình xả, tức là quá trình thực tế khi pin hoạt động, đã không được chú ý nhiều trong nghiên cứu trước đây. Ông nhấn mạnh rằng phát hiện này mở ra một hướng mới quan trọng trong việc phát triển những viên pin có tuổi thọ lâu dài hơn.
Nghiên cứu này nhận được sự hỗ trợ từ Viện Phát triển Công nghệ Hàn Quốc (KIAT) thông qua Bộ Thương mại, Công nghiệp và Năng lượng (MOTIE). Đồng thời, nghiên cứu cũng được tài trợ bởi Viện Kế hoạch và Đánh giá Công nghệ Công nghiệp Hàn Quốc (KEIT). Đây là minh chứng cho sự hợp tác chặt chẽ giữa các cơ quan nhằm thúc đẩy đổi mới và phát triển công nghệ.
