Các nhà khoa học Trung Quốc phát triển chất điện phân mới cho phép pin lithium-ion sạc và hoạt động tốt ở nhiệt độ cực thấp.
Pin lithium-ion gần như thống trị thị trường pin hiện tại chủ yếu do chúng rất nhẹ so với mức năng lượng lưu trữ được. Điều này khiến pin lithium-ion trở nên vô cùng giá trị với laptop, smartphone và cả xe điện. Tuy nhiên, có một rắc rối là khi nhiệt độ giảm, chúng sạc chậm hơn và lưu trữ được ít năng lượng hơn. Vấn đề nằm ở chất điện phân của pin.
Chất điện phân mới có thể đẩy nhanh tốc độ sạc và tăng phạm vi nhiệt độ hoạt động cho pin lithium-ion. (Ảnh: Đại học Chiết Giang)
Nhóm nghiên cứu của giáo sư Xiulin Fan tại Đại học Chiết Giang phát triển một chất điện phân mới cho phép pin lithium-ion sạc và hoạt động ở nhiệt độ thấp tới -80 độ C, IFL Science hôm 5/3 đưa tin. Nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí Nature.
Các chất điện phân hiện tại có thể vận chuyển ion lithium và tương tác với cực anode than chì ở mức nhiệt khoảng 25 độ C, nhưng cả hai khả năng này đều suy giảm khi nhiệt độ xuống thấp. Chất điện phân nồng độ cao và một số chất thay thế khác không đóng băng ở mặt tiếp giáp của cực anode, nhưng lại sệt hơn và mang được ít điện tích hơn, làm giảm hiệu suất trong điều kiện bình thường.
Nhóm nghiên cứu của Xiulin Fan tìm hiểu hiệu suất của một loạt dung môi và phát hiện 3 dung môi với các phân tử dung môi siêu nhỏ có thể tạo thành những kênh vận chuyển Li+ thúc đẩy ion di chuyển nhanh. Hai trong số này không đáp ứng được các yêu cầu cơ bản khác của chất điện phân pin, nhưng dung môi còn lại, fluoroacetonitrile, dường như đáp ứng mọi tiêu chí cần thiết. Các phân tử dung môi nhỏ trong chất điện phân tạo thành hai lớp vỏ bao quanh ion lithium, cả hai lớp này đều nhỏ và dễ vận chuyển hơn so với các lớp trong chất điện phân carbonate loãng.
Pin fluoroacetonitrile có khả năng dẫn ion vượt trội ở nhiệt độ phòng, đồng thời sạc và xả tốt trong mức nhiệt -80 độ C đến 60 độ C. Ở mức -70 độ C, hiệu suất của nó đánh bại một số lựa chọn thay thế với hệ số khoảng 10.000 lần. Loại pin mới duy trì hiệu suất trong hơn 3.000 chu kỳ sạc xả ở mức nhiệt 6 độ C. Fan cho biết, pin có thể đạt 80% dung lượng khi sạc 10 phút.
Theo nhóm của Fan, công nghệ mới có thể phổ quát hóa và mở rộng sang những chất điện phân pin kim loại-ion khác. Điều này sẽ đem lại ích lợi cho các nhà vận hành lưới điện ở khu vực lạnh cần cân đối việc sản xuất năng lượng trong mùa đông.