Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Materials mô tả một phương pháp mới để chế tạo pin thể rắn với cực dương kim loại Lithium. Ông Xin Li, Phó Giáo sư Khoa học Vật liệu tại SEAS và là tác giả chính của bài báo, cho biết "Pin cực dương kim loại Lithium được coi là "chén thánh" của pin vì chúng có công suất gấp 10 lần cực dương than chì thương mại và có thể tăng đáng kể quãng đường lái xe của xe điện. Nghiên cứu của chúng tôi là một bước quan trọng hướng tới pin thể rắn thực tế hơn cho các ứng dụng công nghiệp và thương mại".

Pin thể rắn có thể sẽ thay thế pin Lithium trong tương lai gần. Ảnh minh họa

Một trong những thách thức lớn nhất khi thiết kế pin thể rắn là sự hình thành các sợi nhánh trên bề mặt cực dương, gây nguy cơ chập hoặc cháy pin. Các sợi nhánh này xuất hiện khi ion Lithium di chuyển qua từ cực âm sang cực dương trong quá trình sạc, tạo ra một bề mặt không đồng đều và không đồng nhất, thuận lợi cho sự hình thành sợi nhánh bén rễ.

Trước đó, nghiên cứu đã thiết kế pin nhiều lớp để ngăn chặn sự xâm nhập của sợi nhánh, nhưng không ngăn chặn chúng hoàn toàn. Tuy nhiên, nghiên cứu mới nhất này đã đạt được thành công khi ngăn chặn sự hình thành sợi nhánh bằng cách sử dụng các hạt silicon có kích thước micron ở cực dương.

Trong thiết kế này, các hạt silicon giữ vai trò quan trọng trong việc hạn chế phản ứng kết dính và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình mạ đồng nhất một lớp kim loại Lithium dày. Ông Xin Li giải thích: "Trong thiết kế của chúng tôi, kim loại Lithium được bao quanh hạt silicon, giống như lớp vỏ sô cô la cứng bao quanh lõi hạt dẻ trong kẹo sô cô la".

Đặc biệt, nhờ vào quá trình mạ và bóc vỏ nhanh chóng trên bề mặt bằng phẳng, pin có thể sạc lại chỉ trong khoảng 10 phút. Phiên bản pin dạng túi, kích thước bằng tem bưu chính, đã được chế tạo với công nghệ này, vượt trội với việc giữ lại 80% công suất sau 6.000 chu kỳ sạc, khiến chúng trở nên ưu việt so với các pin dạng túi hiện tại trên thị trường.

Nghiên cứu này là một bước quan trọng hướng tới việc phát triển pin thể rắn thực tế hơn, có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và thương mại, đồng thời mở đường cho sự tiến bộ trong lĩnh vực pin xe điện.