Mới đây, một nhóm các nhà nghiên cứu châu Âu từ Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) và Đại học Humboldt ở Berlin đã phát triển một giải pháp sạc để giúp pin lithium-ion có tuổi thọ cao hơn so với hiện nay. Theo đó, phương thức sạc mới này sẽ giúp pin trở nên đàn hồi hơn và giữ được công suất năng lượng cao hơn sau hàng trăm chu kỳ xả – nạp.

Trên thực tế, công suất của pin lithium-ion sẽ giảm dần khi chất điện phân đi qua màng ngăn cách cực dương và cực âm. Loại pin li-ion thương mại tốt nhất hiện có sử dụng các điện cực được làm từ hợp chất có tên là NMC532 và than chì. Khi sạc bằng các phương pháp thông thường hiện nay, nó sẽ sử dụng dòng điện không đổi (CC) với năng lượng điện bên ngoài. Nghiên cứu đã phát hiện ra rằng, sử dụng sạc CC sẽ khiến bề mặt chất điện phân rắn (SEI) của cực dương sẽ trở nên “dày hơn đáng kể“. Hơn nữa, cấu trúc điện cực NMC532 và than chì cũng xuất hiện nhiều vết nứt hơn.


Việc SEI dày hơn và nhiều vết nứt hơn trên các điện cực sẽ khiến dung lượng pin li-ion bị mất đáng kể. Do đó, các nhà nghiên cứu này đã phát triển một giao thức sạc mới dựa trên dòng xung (PC). Sau khi sạc pin bằng giao thức PC này, bề mặt SEI đã trở nên mỏng hơn đáng kể và vật liệu điện cực cũng ít thay đổi cấu trúc hơn.

Theo báo cáo, các nhà nghiên cứu trên đã sử dụng hai cơ sở synchrotron là “BESSY II” và “PETRA III” để tiến hành các thí nghiệm nạp lại dòng điện xung. Họ phát hiện ra rằng, việc sạc bằng phương pháp PC sẽ thúc đẩy “sự phân bố đồng nhất” của các ion lithium trong than chì, từ đó giúp giảm ứng suất cơ học và nứt vỡ trong các hạt than chì. Bên cạnh đó, phương thức này cũng có thể ngăn chặn sự suy giảm cấu trúc ở cực âm NMC532.

Các cuộc thử nghiệm cho thấy, sạc PC có thể tăng gấp đôi tuổi thọ của pin li-ion thương mại với khả năng duy trì dung lượng lên tới 80%. Giáo sư Julia Kowal, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Sạc xung có thể mang lại nhiều ưu điểm về độ ổn định của vật liệu điện cực và bề mặt, đồng thời kéo dài đáng kể tuổi thọ của pin”.