Theo báo chí nước ngoài, một nhóm nghiên cứu Hàn Quốc đã phát hiện một loại phụ gia đổi mới có thể cải thiện rõ rệt tuổi thọ và hiệu suất của pin lithium không khí. So với pin lithium-ion truyền thống, tiến triển này hứa hẹn sẽ tăng gấp đôi quãng đường đi được của xe. Nghiên cứu này do giáo sư Kwak Won-jin từ Học viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST), giáo sư Seo Seong-eun từ Đại học Ajou và giáo sư Chen Shuming từ Cao đẳng Oberlin của Mỹ dẫn đầu.
（Nguồn ảnh: UNIST）
Pin lithium không khí nổi tiếng với mật độ năng lượng cao, sử dụng anode lithium kết hợp với oxy trong không khí làm cathode, dung lượng của nó gấp 5 lần pin lithium-ion truyền thống. Tuy nhiên, những pin này đối mặt với thách thức khi hình thành cụm oxy hoạt động (ROS) trong quá trình vận hành, điều này có thể khiến các thành phần của pin bị phân hủy và giảm hiệu suất. Phụ gia mới phát triển có thể giải quyết những thách thức này, chất oxy hóa khử có tên gọi BAC duy trì mức điện áp sạc ổn định ở 3.5V ngay cả khi tiếp xúc với oxy đơn (một dạng oxy đặc biệt hoạt động).
Mặc dù chỉ chiếm 5% trọng lượng của điện giải pin, nhưng chất oxy hóa khử này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất năng lượng và tuổi thọ của pin lithium không khí. Bằng cách giảm điện áp cần thiết cho quá trình sạc, chất BAC có thể nâng cao hiệu suất năng lượng và giảm đáng kể tình trạng quá tải của pin, từ đó kéo dài tuổi thọ của nó. Nhà nghiên cứu Lee Hyun-wook cho biết: “Nhờ vào phương pháp thiết kế phân tích cấu trúc phân tử, chúng tôi đã phát triển được loại chất oxy hóa khử này.”
Thiết kế chất BAC chứa một nguyên tử hydro gắn vào “α-carbon”. Theo quy tắc Bredt, cấu hình này có độ phản ứng thấp hơn với oxy đơn. Cấu trúc đổi mới này đảm bảo độ ổn định và tính hồi phục của chất, trong quá trình sạc tỷ lệ giải phóng oxy lần lượt là 82% và 79%. Ngược lại, các chất khác sẽ giảm hiệu suất rõ rệt khi tiếp xúc với cụm oxy hoạt động.
Giáo sư Kwak nhấn mạnh tầm quan trọng của tiến triển này, ông nói: “Pin lithium không khí sẽ gặp phải nhiều phản ứng phụ do cụm oxy hoạt động. Việc kiểm soát những phản ứng phụ này rất quan trọng để nâng cao mức độ kỹ thuật của hệ thống. Quy trình thiết kế phụ gia điện giải được sử dụng trong nghiên cứu này hứa hẹn sẽ tăng cường công nghệ pin lithium không khí và được áp dụng trong việc phát triển nhiều chất xúc tác khác nhau.”
Tiềm năng ứng dụng của đột phá này không chỉ giới hạn trong xe điện mà còn có khả năng thúc đẩy sự phát triển trong các lĩnh vực cần lưu trữ năng lượng công suất lớn.