Ngành công nghiệp pin đang không ngừng nỗ lực để tạo ra những loại pin xe điện an toàn và bền bỉ hơn. Trong bối cảnh đó, pin magie thể rắn nổi lên như một lựa chọn đầy hứa hẹn nhờ tiềm năng an toàn cao và chi phí vật liệu thấp hơn so với pin lithium-ion truyền thống. Tuy nhiên, các phản ứng không mong muốn tại giao diện giữa các thành phần của pin magie thể rắn thường dẫn đến giảm hiệu suất và rút ngắn tuổi thọ pin, cản trở khả năng ứng dụng thực tế của loại pin này.
Khám phá đột phá từ Đại học Tohoku
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Tohoku (Nhật Bản) đã tìm ra cách biến những phản ứng hóa học vốn thường làm giảm hiệu suất pin thành cơ chế giúp cải thiện độ ổn định và khả năng vận chuyển ion. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng những phản ứng tại giao diện này không nhất thiết phải bị loại bỏ hoàn toàn. Thay vào đó, việc kiểm soát chúng một cách cẩn thận có thể cải thiện khả năng di chuyển của các ion magiê trong pin, đồng thời duy trì sự ổn định lâu dài.
Phát triển điện cực dương hợp kim Mg-Sn
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một điện cực dương hợp kim magie-thiếc (Mg-Sn) nhằm cân bằng khả năng phản ứng hóa học và vận chuyển ion. Bằng cách điều chỉnh cấu trúc bề mặt và bên trong của điện cực dương, họ đã tạo ra điều kiện hỗ trợ quá trình lắng đọng magie đồng đều hơn và sự di chuyển ion mượt mà hơn trong quá trình sạc và xả.
Giáo sư Hao Li tại Viện Nghiên cứu Vật liệu Tiên tiến thuộc Đại học Tohoku cho biết: "Trong một thời gian dài, các phản ứng ở giao diện được coi là điều cần tránh. Nhưng kết quả nghiên cứu của chúng tôi cho thấy khi các phản ứng này được điều chỉnh cẩn thận thay vì bị ức chế, chúng có thể giúp pin magie thể rắn hoạt động hiệu quả hơn nhiều".
Chìa khóa nâng tầm công nghệ pin
Để chế tạo cực dương cải tiến, nhóm nghiên cứu đã đưa thiếc vào magie, tạo thành hợp chất ổn định Mg2Sn, giúp điều chỉnh các phản ứng bên trong pin. Họ đã thử nghiệm nhiều hợp kim gốc magie với các pha phụ khác nhau để xác định thành phần mang lại hiệu suất điện hóa tốt nhất. Sau đó, các vật liệu được đánh giá trong điều kiện hoạt động thực tế của pin, đo lường các yếu tố như vận chuyển ion, độ ổn định giao diện và hành vi chu kỳ.
Kết quả cho thấy hợp kim Mg-Sn được tối ưu hóa mang lại hiệu suất tổng thể mạnh nhất, duy trì hoạt động ổn định trong hơn 1.300 giờ trong quá trình thử nghiệm pin thể rắn. Hợp kim này cũng cho thấy hiệu suất chu kỳ sạc/xả dài hơn 400 lần so với magie nguyên chất, chứng minh những cải tiến đáng kể về tuổi thọ pin.
Định hướng tương lai cho pin thể rắn
Các nhà nghiên cứu cho rằng việc phát triển pin trong tương lai không chỉ nên tập trung vào cải thiện độ dẫn ion mà còn vào việc kiểm soát các phản ứng hóa học xảy ra tại các giao diện. Những phát hiện của họ cho thấy việc cân bằng đồng thời khả năng phản ứng và vận chuyển ion có thể cung cấp một chiến lược thiết kế mới cho các hệ thống pin thể rắn trong tương lai, mở ra hướng đi đầy hứa hẹn cho công nghệ pin an toàn và hiệu quả hơn.
