Các nhà khoa học Trung Quốc giải quyết vấn đề "sợ lạnh" của pin lithium, dự kiến xe điện có thể vượt quá 1000 km

Trong tương lai, khả năng xe điện chạy được hàng nghìn km sau một lần sạc có thể không còn là ước mơ. Ngày 19 tháng 3, một tin vui từ Viện Nghiên cứu Công nghệ Hàng không Thượng Hải, Tập đoàn Công nghệ Hàng không Trung Quốc, đã được công bố: Đội ngũ liên hợp gồm các nhà nghiên cứu của Viện 811 và Đại học Nam Khai đã đăng tải trên tạp chí khoa học hàng đầu thế giới 《自然》 một bước đột phá quan trọng trong lĩnh vực pin lithium.

Đội ngũ đã thành công chế tạo ra loại dung dịch điện phân hydrofluorocarbon mới, không chỉ giúp mật độ năng lượng của pin lithium tăng gấp nhiều lần mà còn giải quyết triệt để vấn đề pin bị giảm hiệu suất trong môi trường nhiệt độ thấp. Điều này có nghĩa là, trong tương lai, xe điện có thể chạy hơn 1000 km chỉ sau một lần sạc, thậm chí vẫn hoạt động bình thường trong môi trường cực lạnh -70℃.

Đội ngũ liên hợp của Viện 811 và Đại học Nam Khai đã công bố trên 《自然》 một bước đột phá lớn trong lĩnh vực pin lithium.

Trong thời gian dài, dù pin lithium đã phổ biến, nhưng vẫn bị hạn chế bởi hai điểm yếu chính: sợ lạnh và ít lưu trữ điện.

Các nhà nghiên cứu tại Viện 811 Thượng Hải, ông Lý Vĩnh, cho biết hiện nay, các loại pin lithium phổ biến trên thị trường có mật độ năng lượng khoảng 300 Wh/kg ở nhiệt độ phòng, nhưng khi nhiệt độ giảm xuống -20℃, hiệu suất của chúng giảm mạnh, mật độ năng lượng giảm xuống dưới 150 Wh/kg. Đây chính là lý do khiến xe điện giảm đáng kể phạm vi hoạt động vào mùa đông và điện thoại dễ tự tắt khi ở ngoài trời.

Tuy nhiên, thành tựu mới này đã nâng cao mật độ năng lượng của pin ở nhiệt độ phòng lên trên 700 Wh/kg, và ngay cả trong môi trường -50℃, hiệu suất vẫn đạt khoảng 400 Wh/kg, vượt xa mức hiện tại của pin ở nhiệt độ phòng.

Nói một cách đơn giản, cùng một khối lượng pin, công nghệ mới có khả năng lưu trữ gấp hai đến ba lần so với công nghệ hiện tại. Đối với người tiêu dùng thông thường, cảm nhận rõ ràng nhất là phạm vi hoạt động của xe điện sẽ tăng từ 500-600 km lên 1000 km hoặc hơn, chấm dứt nỗi lo về quãng đường đi được.

Chìa khóa của thành tựu này nằm ở sự đổi mới trong dung dịch điện phân, gọi là “máu” của pin. Dung dịch điện phân là con đường kết nối cực dương và cực âm của pin, chịu trách nhiệm truyền tải điện tích. Truyền thống, dung dịch điện phân chủ yếu dựa vào các nguyên tố oxy và nitơ, có thể hòa tan muối lithium, nhưng con đường này không đủ rộng rãi và trôi chảy, hạn chế hiệu suất truyền tải điện tích, khiến pin vừa ít điện, vừa sợ lạnh.

Nhóm nghiên cứu đã tìm hướng đi riêng, tập trung vào nguyên tố fluor cùng chu kỳ với oxy. Đối mặt với rào cản kỹ thuật khó hòa tan muối lithium trong fluor, sau nhiều năm nghiên cứu, nhóm đã thành công tổng hợp dung môi mới chứa fluor đơn.

Loại dung dịch điện phân mới này giống như một tuyến đường cao tốc nâng cấp, mượt mà hơn, ổn định hơn, tăng tốc độ di chuyển của ion trong điều kiện lạnh, giúp pin vẫn duy trì năng lượng mạnh mẽ trong môi trường cực lạnh.

Kết quả thử nghiệm cho thấy, pin sử dụng công nghệ này vẫn hoạt động bình thường ở -70℃, đủ để đối phó với điều kiện khắc nghiệt của các cuộc thám hiểm Nam Cực hoặc thăm dò không gian sâu.

Trong quá trình nghiên cứu này, Viện 811 Thượng Hải đã đóng vai trò quan trọng, đảm nhận toàn bộ chuỗi công việc từ tối ưu hóa dung dịch điện phân, thiết kế pin đến xác nhận trong điều kiện thực tế, thể hiện rõ năng lực công nghệ tiên tiến của Trung Quốc trong lĩnh vực nguồn năng lượng mới.

Ông Lý Vĩnh cho biết, ý nghĩa của công nghệ này không chỉ dừng lại ở dữ liệu phòng thí nghiệm, mà còn mang lại những thay đổi đột phá trong nhiều lĩnh vực. Trong công nghệ cao, nó sẽ giúp các phương tiện như tàu vũ trụ, drone và robot thông minh có khả năng hoạt động lâu dài hơn và tải trọng lớn hơn trong môi trường cực lạnh; trong đời sống hàng ngày, nó sẽ giải quyết các hạn chế về hiệu suất của pin xe điện thế hệ mới và pin điện thoại, dự kiến sẽ nâng cao quãng đường chạy của xe điện, thời gian chờ của điện thoại trong môi trường lạnh, phá vỡ giới hạn về khả năng lưu trữ điện và thích ứng nhiệt của pin, mở ra tương lai năng lượng an toàn và hiệu quả hơn.