Sự phát triển nhanh chóng của xe điện và các thiết bị điện tử công suất cao đã thúc đẩy nhu cầu ngày càng tăng đối với pin lithium-ion sạc siêu nhanh. Tuy nhiên, các loại pin sạc lithium-ion hiện nay gặp phải vấn đề suy giảm công suất nghiêm trọng trong quá trình sạc nhanh và thậm chí có thể dẫn đến hỏng hóc nghiêm trọng, làm tăng nguy cơ mất an toàn. Điều này chủ yếu bắt nguồn từ sự không ổn định điện hóa tại giao diện cực dương-chất điện giải, gây ra sự lắng đọng lithium kim loại có hại trên bề mặt pin và độ ổn định nhiệt kém.
Trong những năm gần đây, vật liệu điện cực dương cao áp đã trở thành những lựa chọn thay thế đầy hứa hẹn để ức chế sự lắng đọng lithium quá mức và sự hình thành các lớp giao diện điện phân rắn (SEI) không ổn định. Mặc dù có những ưu điểm này, các vật liệu tiên tiến hiện nay vẫn bị hạn chế bởi độ dẫn ion và độ ổn định nhiệt chưa đạt yêu cầu, làm suy giảm công suất đầu ra và độ tin cậy lâu dài.
Theo các báo cáo của truyền thông nước ngoài, để giải quyết những vấn đề này, một nhóm nghiên cứu do Phó Giáo sư Dongwook Han tại Đại học Khoa học và Công nghệ Quốc gia Seoul dẫn đầu đã phát triển vật liệu điện cực âm lithium titanium phosphate không theo tỷ lệ chuẩn (OS) với cấu trúc kiểu NASICON. Vật liệu này nổi tiếng với độ ổn định cấu trúc và nhiệt vượt trội. Thiết kế này có thể tạo ra sự chuyển đổi pha tự phát bên dưới bề mặt các hạt vật liệu hoạt tính để phá vỡ các hạn chế về động học và đạt được hiệu suất sạc nhanh ổn định.
Các kết quả nghiên cứu liên quan đã được công bố trên tạp chí Advanced Functional Materials.
Điều chỉnh bề mặt để tăng tốc vận chuyển ion
Lithium titanium phosphate (LTP) sở hữu cấu trúc kiểu chất dẫn siêu ion natri (NASICON), có độ ổn định cấu trúc và nhiệt vượt trội cũng như các kênh khuếch tán ion lithium nhanh chóng. Để khai thác tối đa tiềm năng của nó, các nhà nghiên cứu đã áp dụng chiến lược thiết kế không theo tỷ lệ chuẩn và cố ý tăng tỷ lệ phốt pho (P) so với titan (Ti). Thành phần thiếu titan như vậy tạo ra các vùng titan phosphate (TPO) gần bề mặt của các hạt LTP.
Các vùng giàu TPO này hoạt động như các kênh động học hiệu quả cao, làm giảm rào cản năng lượng cho quá trình vận chuyển ion liti qua giao diện điện cực-chất điện phân và tạo ra các đường dẫn truyền ion nhanh gần bề mặt hạt. Bên cạnh đó, các liên kết P-O-P có độ linh hoạt cao trong khung TPO cung cấp tính linh hoạt về cấu trúc để thích ứng với sự thay đổi thể tích trong các chu kỳ sạc nhanh và bảo vệ cấu trúc kiểu NASICON khỏi những hư hại không thể phục hồi.
Hiệu năng mạnh mẽ ngay cả trong điều kiện sạc nhanh.
Theo đó, trong các thử nghiệm về khả năng sạc nhanh, một chỉ số quan trọng đánh giá khả năng sạc nhanh, điện cực dương composite OS-LTP-carbon (OS-LTP/C) giữ lại được 86% dung lượng ban đầu ở tốc độ sạc 10C, trong khi dung lượng của điện cực dương composite LTP/C nguyên chất giảm mạnh.
Vật liệu này cũng mang lại độ ổn định chu kỳ tuyệt vời sau hơn 250 chu kỳ. Cấu hình pin hoàn chỉnh cho thấy hiệu suất tốc độ tương tự tuyệt vời và khả năng tương thích rộng rãi với các cực âm điện áp cao.
Một hướng đi rộng hơn hướng tới pin an toàn hơn
“Phương pháp của chúng tôi tạo ra một mô hình hoàn toàn mới cho thiết kế pin sạc nhanh, và nó có thể được ứng dụng rộng rãi cho nhiều hệ thống lưu trữ năng lượng trong tương lai, bao gồm cả pin thể rắn toàn phần,” Han nhấn mạnh. “Chiến lược thiết kế này có thể giúp xe điện trở nên thiết thực hơn bằng cách rút ngắn thời gian sạc, cải thiện an toàn và hỗ trợ lưới điện năng lượng tái tạo.”
Tóm lại, chiến lược thiết kế không theo tỷ lệ chuẩn này giải quyết một trong những trở ngại cốt lõi mà pin sạc gặp phải và mang đến một hướng tiếp cận đầy hứa hẹn cho công nghệ lưu trữ năng lượng sạc siêu nhanh sẵn sàng cho thương mại.
Thời gian đăng bài: 07/08/2026