CATL Đạt Đột Phá Trong Nghiên Cứu Pin Kim Loại Lithium, Công Bố Trên Tạp Chí Nature Nanotechnology

CATL vừa công bố một bước đột phá trong công nghệ pin kim loại lithium (LMB) thông qua phương pháp định lượng bản đồ, mở ra hướng đi mới trong chiến lược điện giải. Nghiên cứu tiên phong này, được đăng tải trên tạp chí Nature Nanotechnology, cho phép pin LMB vừa có mật độ năng lượng cao vừa có tuổi thọ chu kỳ dài, giải quyết thách thức tồn tại lâu nay trong lĩnh vực này. Mẫu thử nghiệm tối ưu đã đạt được tuổi thọ 483 chu kỳ và có thể được áp dụng trong các thiết kế tiên tiến để đạt mật độ năng lượng trên 500 Wh/kg, đánh dấu bước tiến quan trọng hướng tới khả năng thương mại hóa cho các ứng dụng như xe điện và hàng không điện.

Pin LMB được đánh giá là hệ thống pin thế hệ tiếp theo nhờ mật độ năng lượng vốn rất cao, đặc biệt phù hợp với các ứng dụng công suất cao như xe điện tầm xa và hàng không điện. Tuy nhiên, pin này từ lâu đã phải đối mặt với sự đánh đổi giữa mật độ năng lượng và tuổi thọ chu kỳ. Các nghiên cứu trước đây tập trung vào việc cải thiện hiệu suất cell bằng cách tối ưu cấu trúc hòa tan và giao diện điện giải rắn. Nhưng các phương pháp này thường làm giảm tuổi thọ, chưa đáp ứng được yêu cầu thương mại. Việc hiểu rõ cơ chế hỏng hóc của pin LMB còn hạn chế do khó khăn trong việc định lượng chính xác lượng lithium hoạt động và các thành phần điện giải bị tiêu hao trong quá trình sạc-xả.

Để vượt qua rào cản này, nhóm R&D của CATL đã phát triển và hoàn thiện một loạt kỹ thuật phân tích để theo dõi sự biến đổi của lithium hoạt động và từng thành phần điện giải trong suốt vòng đời pin. Phương pháp này biến "hộp đen" thành "hộp trắng", hé lộ các con đường hao hụt quan trọng dẫn đến hỏng hóc cell. Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng, trái với giả định trước đây, nguyên nhân chính gây hỏng cell không phải là sự phân hủy dung môi, tích tụ lithium chết hay sự gián đoạn môi trường hòa tan, mà là sự tiêu thụ liên tục của muối điện giải LiFSI, với 71% lượng muối này bị tiêu hao khi pin hết tuổi thọ. Kết quả này nhấn mạnh cần mở rộng sự chú ý của ngành công nghiệp vượt ra ngoài hiệu suất Coulomb (CE), vốn được xem là chỉ số chủ chốt của pin LMB, để bao gồm cả độ bền của điện giải như một yếu tố quan trọng cho hiệu suất bền vững.

Dựa trên những phát hiện này, CATL đã tối ưu hóa công thức điện giải bằng cách bổ sung dung môi pha loãng có trọng lượng phân tử thấp hơn. Điều chỉnh này làm tăng tỷ lệ khối lượng muối LiFSI, cải thiện độ dẫn ion và giảm độ nhớt, mà không làm tăng tổng khối lượng điện giải sử dụng. Mẫu pin LMB mới, trong khi vẫn giữ được CE như phiên bản trước, đã tăng gấp đôi tuổi thọ chu kỳ lên 483 chu kỳ và có thể được ứng dụng trong các thiết kế mới với mật độ năng lượng trên 500 Wh/kg. Đột phá này mở ra một bước ngoặt trong phát triển pin vừa có mật độ năng lượng cao vừa bền bỉ.

Ông Ouyang Chuying, Đồng Chủ tịch R&D tại CATL và Phó Giám đốc điều hành Phòng thí nghiệm 21C, cho biết: "Chúng tôi nhìn thấy cơ hội quý giá để kết nối nghiên cứu học thuật với ứng dụng thực tiễn trong các cell pin thương mại. Phát hiện của chúng tôi nhấn mạnh rằng sự tiêu thụ muối LiFSI và quan trọng hơn là nồng độ muối tổng thể là yếu tố quyết định cơ bản cho tuổi thọ pin."

Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm 21C của CATL, nơi tập trung phát triển công nghệ pin thế hệ mới. CATL đã đầu tư khoảng 18,6 tỷ nhân dân tệ (2,59 tỷ USD) cho R&D trong năm 2024. Công ty sở hữu hơn 43.000 bằng sáng chế đã được cấp và đang chờ cấp trên toàn cầu. Những nỗ lực này củng cố vị thế dẫn đầu của CATL trong đổi mới công nghệ pin, biến nghiên cứu khoa học thành các giải pháp năng lượng sạch thực tiễn.

Nguồn: CATL