Bước đột phá mới trong công nghệ pin giúp xe điện nhẹ hơn, giá thành rẻ hơn, hiện thực hóa mục tiêu chạy 1.000 km mới cần sạc

Trang tin khoa học Interesting Engineering cho biết, các nhà khoa học từ POSTECH, KAIST và Đại học Quốc gia Gyeongsang - Hàn Quốc đã đạt được bước tiến mới trong công nghệ pin xe điện.

Cụ thể, nhóm nghiên cứu chung, do Giáo sư Soojin Park và Tiến sĩ Dong-Yeob Han tại POSTECH dẫn đầu, đã công bố loại pin không cực dương. Mật độ năng lượng của loại pin mới này đạt mức kỷ lục 1.270 Wh/L. Con số này cao gấp gần hai lần so với mức trung bình 600 đến 700 Wh/L của các loại pin lithium-ion phổ biến trên thị trường hiện nay.

Thay vì sử dụng các cấu trúc truyền thống, công nghệ pin mới tập trung vào việc tối ưu hóa không gian lưu trữ năng lượng bên trong các tế bào pin.

Về cấu tạo, pin không cực dương loại bỏ hoàn toàn lớp vật liệu graphite hoặc silicon thường thấy ở cực âm. Trong quá trình sạc, các ion lithium sẽ bám trực tiếp lên bề mặt bộ thu dòng điện bằng đồng để tạo thành một lớp kim loại tạm thời. Cơ chế này giúp loại bỏ khối lượng và thể tích của vật liệu nền, từ đó làm giảm đáng kể trọng lượng tổng thể của toàn bộ hệ thống pin trên xe. Trọng lượng xe nhẹ hơn cũng giúp giảm mức tiêu thụ điện năng và tăng hiệu suất vận hành của động cơ.

Do vậy, với mật độ năng lượng lớn cùng trọng lượng nhẹ, các nhà sản xuất có thể lựa chọn giữa việc giữ nguyên kích thước pin để gấp đôi quãng đường di chuyển hoặc giảm một nửa kích thước pin mà vẫn duy trì phạm vi hoạt động tương đương. Điều này mở ra cơ hội cho những chiếc xe điện có thể chạy hơn 1.000 km chỉ sau một lần sạc đầy.

Về mặt kinh tế, công nghệ không cực dương giúp cắt giảm chi phí sản xuất đáng kể nhờ lược bỏ các vật liệu đắt tiền và quy trình gia công cực dương phức tạp. Các chuyên gia dự báo chi phí sản xuất bộ pin có thể giảm xuống dưới ngưỡng 100 USD mỗi kWh.

Đây là mức giá hợp lý giúp xe điện đạt được sự cân bằng về giá bán so với xe sử dụng động cơ đốt trong. Việc giảm chi phí nguyên liệu đầu vào cũng giúp các hãng xe giảm bớt sự phụ thuộc vào nguồn cung ứng graphite vốn đang bị thắt chặt trên toàn cầu.

Tuy nhiên, thách thức lớn nhất của pin không cực dương nằm ở độ bền và tính ổn định sau nhiều chu kỳ sạc. Các nhà nghiên cứu đã khắc phục vấn đề này bằng cách phát triển một loại chất điện phân lỏng mới giúp tạo ra lớp bảo vệ bề mặt bền vững hơn. Thử nghiệm thực tế cho thấy pin vẫn duy trì được hiệu suất cao sau hàng trăm chu kỳ sạc xả liên tục. Sự ổn định này là yếu tố then chốt để đưa công nghệ từ phòng thí nghiệm ra dây chuyền sản xuất thương mại trong tương lai gần.

Bước tiến này không chỉ có ý nghĩa đối với xe hơi điện mà còn tác động mạnh mẽ đến ngành hàng không và vận tải hạng nặng. Những phương tiện yêu cầu mật độ năng lượng điện lớn giờ đây đã có lời giải. Khi công nghệ này được thương mại hóa rộng rãi, diện mạo của ngành giao thông vận tải toàn cầu sẽ thay đổi hoàn toàn theo hướng xanh hơn và hiệu quả hơn.