THƯỢNG HẢI – Các nhà khoa học Trung Quốc vừa công bố một công nghệ “liệu pháp chính xác” mang tính đột phá, có khả năng phục hồi các pin lithium-ion đã suy giảm hiệu suất hoặc gần như hết tuổi thọ.
Nghiên cứu được đánh giá là một bước tiến lớn trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng, mở ra tiềm năng kéo dài tuổi thọ pin và giảm thiểu ô nhiễm môi trường do rác thải pin lithium.
Công trình nghiên cứu do Peng Huisheng và Gao Yue thuộc Đại học Phúc Đán dẫn dắt, đã được công bố trên tạp chí khoa học Nature vào ngày 13/2.
Nguyên nhân khiến pin lithium-ion bị “chai”
Pin lithium-ion hiện được sử dụng phổ biến trong xe điện, điện thoại, laptop và hệ thống lưu trữ năng lượng. Tuy nhiên, sau nhiều chu kỳ sạc và xả, các ion lithium hoạt động bên trong pin dần bị mất đi hoặc trở thành “lithium chết”, không còn tham gia phản ứng điện hóa.
Đây là nguyên nhân chính khiến:
- Dung lượng pin giảm mạnh
- Hiệu suất sạc/xả suy giảm
- Thời gian sử dụng ngắn hơn
- Pin bị xem là không thể sửa chữa và phải thay mới
Thông thường, khi pin lithium-ion xuống cấp, phần lớn sẽ bị loại bỏ, gây lãng phí tài nguyên và tạo áp lực lớn lên môi trường.
Công nghệ “liệu pháp chính xác” hồi sinh pin
Lấy cảm hứng từ các phương pháp điều trị y học, nhóm nghiên cứu tại Đại học Phúc Đán đã phát triển một giải pháp mới nhằm “điều trị” trực tiếp nguyên nhân cốt lõi khiến pin xuống cấp.
Theo đó, các nhà khoa học đã thiết kế một phân tử vận chuyển lithium có khả năng được “tiêm” vào pin đã suy giảm để bổ sung chính xác lượng ion lithium đã mất trong quá trình sử dụng.
Gao Yue cho biết:
“Giống như điều trị bệnh cho con người, chúng tôi tập trung sửa chữa vấn đề cốt lõi của pin, đồng thời bảo tồn những thành phần vẫn còn hoạt động tốt.”
Ứng dụng trí tuệ nhân tạo để tìm ra giải pháp tối ưu
Một trong những thách thức lớn nhất của nghiên cứu là thiết kế phân tử vận chuyển lithium phù hợp. Do chưa có mô hình tham khảo trước đó, nhóm nghiên cứu đã ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và công nghệ máy học để phân tích hàng loạt dữ liệu từ:
- Hóa học hữu cơ
- Điện hóa học
- Kỹ thuật vật liệu
Thông qua quá trình số hóa đặc tính phân tử và phân tích dữ liệu lớn, AI đã giúp nhóm nghiên cứu xác định hợp chất CF3SO2Li là ứng viên phù hợp nhất.
Hợp chất này được đánh giá cao nhờ:
- Chi phí thấp
- Dễ tổng hợp
- Tương thích với nhiều vật liệu pin lithium-ion phổ biến hiện nay
Tuổi thọ pin tăng từ 500 lên đến 60.000 chu kỳ
Trong các thử nghiệm thực tế, các pin lithium-ion sau khi được xử lý bằng “liệu pháp phân tử” vẫn duy trì hiệu suất gần như pin mới ngay cả sau:
- 12.000 đến 60.000 chu kỳ sạc/xả
Trong khi đó, tiêu chuẩn tuổi thọ hiện nay của phần lớn pin lithium-ion thương mại chỉ dao động:
- Khoảng 500 đến 2.000 chu kỳ
Kết quả này cho thấy công nghệ mới có thể giúp kéo dài tuổi thọ pin lên nhiều lần so với công nghệ hiện tại.
Ý nghĩa đối với ngành năng lượng và môi trường
Theo nhóm nghiên cứu, giải pháp mới không chỉ giúp nâng cao tuổi thọ pin mà còn góp phần:
- Giảm lãng phí tài nguyên lithium
- Hạn chế rác thải pin điện tử
- Giảm chi phí thay thế pin
- Hỗ trợ phát triển xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng bền vững
Hiện nhóm nghiên cứu đang tiếp tục tối ưu quy trình sản xuất hàng loạt phân tử vận chuyển lithium và hợp tác với các nhà sản xuất pin để thúc đẩy thương mại hóa công nghệ này trong tương lai.
Nếu được ứng dụng rộng rãi, công nghệ “hồi sinh” pin lithium-ion có thể tạo ra bước thay đổi lớn cho ngành xe điện, năng lượng tái tạo và lĩnh vực lưu trữ năng lượng toàn cầu.
Xem thêm: Thay Inverter, Tấm Pin Hỏng Có Ảnh Hưởng Đến Hợp Đồng Điện Lực Không?