Tiến sĩ Hun-Gi Jung và nhóm nghiên cứu của ông tại Trung tâm nghiên cứu lưu trữ năng lượng của Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST, Chủ tịch Lee Byung Gwon) cho biết việc phát triển vật liệu anode silicon có thể tăng gấp bốn lần dung lượng pin so với vật liệu anot than chì và cho phép sạc nhanh tới hơn 80% công suất chỉ trong năm phút. Khi áp dụng cho các loại pin xe điện, vật liệu mới dự kiến sẽ tăng gấp đôi phạm vi lái xe. Các loại pin được lắp đặt trong xe điện sản xuất hàng loạt hiện nay sử dụng vật liệu anốt than chì, tuy nhiên các loại pin này có công suất thấp, làm cho xe điện có phạm vi lái xe bị rút ngắn hơn so với xe có động cơ đốt trong. Do đó, silicon, với khả năng lưu trữ năng lượng lớn hơn 10 lần so với than chì, thu hút sự chú ý như là một vật liệu anode thế hệ tiếp theo để phát triển các loại xe điện tầm xa. Tuy nhiên, vật liệu silicon vẫn chưa được thương mại hóa bởi vì khối lượng của chúng tăng lên nhanh chóng và khả năng lưu trữ giảm đáng kể trong các chu kỳ sạc và xả, điều này làm hạn chế khả năng thương mại hóa của nó. Một số phương pháp đã được đề xuất để tăng cường tính ổn định của silicon như vật liệu anode, nhưng chi phí và độ phức tạp của các phương pháp này đã cản trở silicon thay thế than chì.

Để tăng cường sự ổn định của silicon, Tiến sĩ Jung và nhóm của ông đã tập trung vào việc sử dụng các vật liệu phổ biến có trong cuộc sống hàng ngày, chẳng hạn như nước, dầu và tinh bột. Họ hòa tan tinh bột và silic trong nước và dầu, sau đó trộn và làm nóng chúng để tạo ra loại vật liệu tổng hợp carbon-silicon. Quy trình thao tác gia nhiệt đơn giản được sử dụng để chiên thực phẩm đã được sử dụng để làm cho carbon và silicon vững chắc, ngăn chặn các vật liệu anode silicon giãn nở trong chu kỳ sạc và xả. Các vật liệu tổng hợp được phát triển bởi nhóm nghiên cứu đã chứng minh có công suất lớn gấp 4 lần so với vật liệu anot than chì (360mAh/g - 1.530mAh/g) và khả năng duy trì công suất ổn định trong 500 chu kỳ. Người ta cũng phát hiện ra rằng vật liệu này cho phép pin sạc tới hơn 80% công suất chỉ trong 5 phút. Các quả cầu carbon ngăn chặn sự giãn nở thể tích thông thường của silicon, do đó tăng cường sự ổn định của vật liệu silicon. Ngoài ra, việc sử dụng carbon dẫn điện cao và sự tái sắp xếp lại cấu trúc silicon tạo ra công suất cao.

“Các vật liệu tổng hợp có tính chất tuyệt vời do chúng tôi phát triển rất có khả năng thương mại hóa và sản xuất hàng loạt. Vật liệu tổng hợp này có thể áp dụng cho pin lithium-ion cho xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS)”, tiến sĩ Jung cho biết.

Kết quả của nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nano Letters mới đây.