close Đăng nhập

Hàn Quốc tìm ra “keo thần kỳ” có thể giúp pin xe điện tăng dung lượng và bền hơn

Các nhà khoa học Hàn Quốc phát triển chất kết dính DHP giúp điện cực pin lithium-ion dày hơn, bền hơn và duy trì 86,8% dung lượng sau hơn 200 chu kỳ.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển chất kết dính polymer lai cho pin. Ảnh minh họa: Getty.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển chất kết dính polymer lai cho pin. Ảnh minh họa: Getty.

Một nhóm nghiên cứu Hàn Quốc đã phát triển loại chất kết dính polymer lai tác động kép (Dual-Acting Hybrid Polymer - DHP), được thiết kế dành cho các điện cực pin lithium-ion dạng màng dày. Các nhà khoa học tại Đại học Sungkyunkwan và Đại học Quốc gia Seoul cho biết vật liệu mới có thể giúp tăng mật độ năng lượng đồng thời kéo dài tuổi thọ của pin.

Công nghệ này nhằm giải quyết một vấn đề tồn tại lâu nay khi các nhà sản xuất muốn chế tạo điện cực dày hơn để tăng dung lượng pin cho xe điện và các thiết bị như smartphone. Khi lớp điện cực trở nên dày, chất kết dính truyền thống có xu hướng dịch chuyển trong quá trình sấy, khiến cấu trúc điện cực mất ổn định và làm suy giảm hiệu suất.

Trong thử nghiệm, chất kết dính DHP mới cho khả năng bám dính cao gần gấp đôi so với chất kết dính PVDF (polyvinylidene fluoride) vốn được sử dụng phổ biến trong pin lithium-ion.

Kết hợp hai vật liệu

Nỗi lo hết pin giữa đường vẫn là một trong những rào cản đối với xe điện. Để đưa quãng đường di chuyển lên trên 400 dặm (hơn 640 km) mỗi lần sạc, các nhà sản xuất pin đang tìm cách tăng độ dày của lớp điện cực, qua đó đưa nhiều vật liệu hoạt tính có mật độ năng lượng cao, chẳng hạn nickel, vào bên trong pin.

Nhưng khi điện cực trở nên dày hơn, một vấn đề nghiêm trọng xuất hiện trong quá trình sản xuất.

Để tạo điện cực, nhà sản xuất phủ một hỗn hợp dạng lỏng lên vật liệu nền rồi đưa vào công đoạn sấy. Trong hỗn hợp này có chất kết dính PVDF, đóng vai trò như một loại "keo" giúp giữ các thành phần của điện cực liên kết với nhau.

Tuy nhiên, khi lớp vật liệu dày lên và bắt đầu khô, PVDF có xu hướng di chuyển về phía bề mặt thay vì phân bố đồng đều. Hệ quả là điện cực dễ nứt, bong tróc hoặc vỡ vụn, đồng thời khả năng dẫn điện cũng suy giảm.

Đây là một trong những trở ngại khiến việc chế tạo điện cực dày trở nên khó khăn. Những viên pin được sản xuất theo cách này có thể xuống cấp nhanh chóng chỉ sau một số chu kỳ sạc.

"Trước đây, việc tăng độ dày và kích thước điện cực bị giới hạn bởi các vấn đề liên quan đến chất kết dính và quy trình xử lý, qua đó hạn chế hiệu suất tổng thể của pin. Chúng tôi đã vượt qua trở ngại này bằng cách kết hợp hiệu quả ưu điểm của spandex và poly(acrylic acid)", Ki-Jae Kim, giáo sư tại Đại học Sungkyunkwan và là trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết.

Giải pháp của nhóm nghiên cứu đến từ việc kết hợp hai vật liệu có những đặc tính gần như bổ trợ cho nhau: spandex (SPDX) và polyacrylic acid (PAA). Hỗn hợp này được đặt tên là Dual-Acting Hybrid Polymer, hay DHP.

Spandex mang lại độ đàn hồi và tính linh hoạt cho chất kết dính. Đặc tính co giãn cao giúp điện cực dày có khả năng chịu biến dạng tốt hơn, hạn chế nguy cơ nứt hoặc gãy khi chịu lực.

Trong khi đó, PAA đảm nhiệm vai trò tạo liên kết hóa học bền vững hơn. Các phân tử PAA có thể hình thành những liên kết chặt chẽ với các thành phần bên trong điện cực, giúp cấu trúc ổn định hơn.

Đáng chú ý, trong những chu kỳ sạc đầu tiên, chất kết dính lai còn có thể tự hình thành một lớp giao diện đặc biệt với lithium. Lớp này tạo điều kiện để các ion lithium di chuyển nhanh hơn xuyên qua cấu trúc điện cực dày đặc.

Tiềm năng trong thử nghiệm

Các kết quả thử nghiệm cho thấy sự khác biệt khá rõ rệt. Chất kết dính DHP mới có độ bám dính gần gấp đôi so với PVDF truyền thống.

Trong thử nghiệm với các cell pin dạng túi (pouch cell) sử dụng vật liệu thương mại, những viên pin điện cực dày dùng chất kết dính thông thường bắt đầu suy giảm nghiêm trọng sau khoảng 95 chu kỳ sạc.

Trong khi đó, các pouch cell sử dụng chất kết dính có thành phần spandex vẫn duy trì 86,8% dung lượng ban đầu sau hơn 200 chu kỳ.

Việc kéo dài số chu kỳ hoạt động đồng nghĩa với khả năng cải thiện đáng kể tuổi thọ sử dụng của pin.

Điểm đáng chú ý nhất đối với ngành xe điện không chỉ nằm ở hiệu quả của loại chất kết dính mới, mà còn ở cách nó có thể được đưa vào sản xuất.

Nhiều công nghệ pin thế hệ mới đòi hỏi các nhà sản xuất phải xây dựng nhà máy hoàn toàn mới, đầu tư hệ thống xử lý khô đắt tiền hoặc thay đổi đáng kể dây chuyền và thiết bị hiện có.

DHP không yêu cầu những thay đổi như vậy.

Theo nhóm nghiên cứu, chất kết dính mới có thể được tích hợp trực tiếp vào các dây chuyền sản xuất điện cực dạng ướt đang được sử dụng phổ biến. Điều này đồng nghĩa các nhà sản xuất có thể thay thế loại "keo" hóa học hiện tại mà không cần đầu tư thêm máy móc mới hay dừng toàn bộ dây chuyền.

"Công nghệ chất kết dính này có khả năng thích ứng cao với công nghiệp vì có thể sử dụng trên các dây chuyền sản xuất ướt hiện có mà không cần chuyển sang công nghệ xử lý khô, vốn đang nhận được nhiều sự quan tâm như một phương pháp sản xuất pin thế hệ tiếp theo. Chúng tôi kỳ vọng công nghệ này sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc kéo dài quãng đường di chuyển của các thế hệ xe điện tương lai", ông Kim nhận định.

Theo IE

Thế giới

Loạt đạn pháo phản lực KN-25 600mm của Triều Tiên. Ảnh: MW.

Triều Tiên phóng loạt rocket 600 mm sau cuộc tập trận Mỹ - Hàn - Nhật

Triều Tiên đã phóng loạt rocket dẫn đường cỡ 600 mm từ bờ biển phía đông, trong đó có các đạn được Hàn Quốc đánh giá thuộc hệ thống KN-25. Vụ phóng diễn ra chỉ một ngày sau cuộc tập trận chung Mỹ - Hàn - Nhật và cho thấy khả năng tấn công các mục tiêu sâu trong lãnh thổ Hàn Quốc.

Chủ tịch Trung Quốc Tập Cận Bình tham dự một phiên họp trong ngày thứ hai của Hội nghị thượng đỉnh BRICS tại New Delhi, Ấn Độ, ngày 13/9. Ảnh: Reuters.

Ông Tập Cận Bình cam kết hỗ trợ các nước BRICS trong lĩnh vực AI và sản xuất thông minh

Chủ tịch Trung Quốc Tập Cận Bình kêu gọi các thành viên BRICS đoàn kết để đối phó với chính trị cường quyền, đồng thời đề xuất hợp tác về AI mã nguồn mở và sản xuất thông minh. Tuy nhiên, những sáng kiến này cũng chạm đúng vào một trong những mặt trận cạnh tranh gay gắt nhất giữa Mỹ và Trung Quốc: công nghệ, chip và khoáng sản chiến lược.

Máy bay chiến đấu J-20 và các máy bay J-20 trong huấn luyện không chiến. Ảnh: MW.

Hình ảnh hiếm hoi cho thấy phi công J-20 luyện không chiến, hé lộ năng lực huấn luyện

Những đoạn video hiếm về J-20 diễn tập không chiến tầm gần đang thu hút chú ý, nhưng điều đáng nói không chỉ nằm ở chiếc tiêm kích thế hệ thứ năm. Trung Quốc còn đang xây dựng lợi thế từ một chương trình huấn luyện phi công ngày càng quy mô, với khoảng 200 giờ bay mỗi năm theo một cựu đại tá Không quân Mỹ.

Thay vì đưa hàng chục thủy thủ lên tàu ngầm, hải quân có thể triển khai các phương tiện không người lái để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể. Ảnh: Anduril.

Drone Mỹ bị bắt giữ ở Iran có khả năng thực hiện nhiệm vụ ở độ sâu hơn 6.000 m dưới đại dương

Iran tuyên bố đã bắt giữ một phương tiện dưới nước không người lái của Mỹ gần eo biển Hormuz. Những hình ảnh được công bố cho thấy phương tiện này có nhiều điểm tương đồng với Dive-LD của Anduril, một hệ thống tự hành có thể hoạt động ở độ sâu tới hơn 6.000 m và thực hiện các nhiệm vụ kéo dài.

Cổng kiểm soát an ninh giao thông (TSA) tại Sân bay Quốc gia Ronald Reagan Washington ở Arlington, Virginia, Mỹ, ngày 14/2. Ảnh: Reuters.

Quy định an ninh hàng không thay đổi như thế nào sau sự kiện ngày 11/9?

Trước vụ 11/9, hành khách tại Mỹ có thể đi thẳng tới cửa lên máy bay mà không cần xuất trình giấy tờ và người thân còn được phép vào khu vực này để tiễn. Một phần tư thế kỷ sau, những quy định như tháo giày, giới hạn chất lỏng 100 ml hay máy quét toàn thân đã trở thành chuyện quen thuộc của mỗi chuyến bay.

Ảnh minh họa: Getty.

Từ bỏ khí đốt của Nga khiến Đức thiệt hại 50 tỷ euro

Đức đã chi khoảng 50 tỷ euro cho các biện pháp hỗ trợ và ổn định thị trường năng lượng sau khi cắt giảm mạnh khí đốt Nga. Khoản tiền khổng lồ này cho thấy cái giá của cú sốc năng lượng vẫn đang đè nặng lên nền kinh tế lớn nhất châu Âu.

Tổng thống Mỹ Donald Trump phát biểu trong cuộc họp với các giám đốc điều hành ngành du lịch tại Phòng Bầu dục ở Nhà Trắng, Washington, D.C., Mỹ, ngày 2/9. Ảnh: Reuters.

Ông Trump nói sẵn sàng cho Trung Quốc xây nhà máy ô tô tại Mỹ

Tổng thống Donald Trump cho biết ông không phản đối các hãng xe Trung Quốc mở nhà máy tại Mỹ, miễn là họ sản xuất xe ngay tại Mỹ và thuê lao động Mỹ. Quan điểm này đi ngược với đề xuất của ngành ô tô Mỹ và diễn ra trước cuộc gặp dự kiến giữa ông Trump và Chủ tịch Tập Cận Bình.