Bước đột phá công nghệ mở đường cho pin thể rắn ngày càng rẻ hơn

00:00 / 0:00

Chuẩn

Tốc độ đọc

Pin mới có thể cung cấp năng lượng cho máy bay, máy bay không người lái và hệ thống năng lượng di động.

Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Vật liệu và Chùm tia Fraunhofer (IWS) ở Dresden, Đức, vừa công bố một loại pin điện tử thể rắn mới sử dụng công nghệ lithium-lưu huỳnh (Li-S). Công nghệ này được kỳ vọng sẽ mở ra hướng đi mới cho các hệ thống lưu trữ năng lượng nhẹ hơn, an toàn hơn và tiết kiệm hơn.

Fraunhofer IWS phát triển pin Li-S năng lượng cao với chất điện phân rắn và thiết kế pin có khả năng mở rộng như một phần của dự án AnSiLiS.

Dự án phát triển pin Li-S này được chia thành hai phần, với sự tài trợ từ Bộ Nghiên cứu, Công nghệ và Không gian Liên bang Đức cho dự án AnSiLiS, và sự hỗ trợ từ chương trình Horizon Europe của Liên minh Châu Âu cho dự án TALISSMAN. Mục tiêu của các dự án này là khắc phục những thách thức hiện tại trong việc thương mại hóa pin Li-S nhằm cạnh tranh với công nghệ pin lithium-ion (Li-ion) truyền thống.

Theo thông tin từ IWS, pin Li-S thể rắn có thể cung cấp năng lượng tương đương nhưng nhẹ hơn đáng kể so với các loại pin hiện tại. Pin Li-S thường được coi là giải pháp tiềm năng thay thế cho pin Li-ion nhờ vào khả năng cung cấp mật độ năng lượng cao gấp đôi nhờ vào việc sử dụng lưu huỳnh - một vật liệu dồi dào và giá rẻ.

Tuy nhiên, pin Li-S truyền thống gặp phải vấn đề với chất điện phân lỏng, dẫn đến sự hình thành các sản phẩm phụ gọi là polysulfide hòa tan gây tổn thất vật liệu và làm giảm độ ổn định. Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã phát triển pin thể rắn, thay thế phần lớn chất điện phân lỏng bằng vật liệu rắn giúp tăng cường độ an toàn và hiệu suất.

Các thử nghiệm ban đầu cho thấy pin mới có thể đạt mật độ năng lượng vượt quá 600 watt-giờ trên kilôgam (Wh/kg). Dự án AnSiLiS đang tập trung vào việc phát triển catốt composite lưu huỳnh-cacbon kết hợp với anode kim loại lithium, trong khi dự án TALISSMAN chú trọng vào việc mở rộng quy mô sản xuất.

Các nhà khoa học tại Fraunhofer IWS đã thiết kế khái niệm pin Li-S mới với hàm lượng chất điện phân thấp hơn.

Nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu phát triển các cell pin cho ứng dụng di động với mật độ năng lượng lên đến 550 Wh/kg và chi phí sản xuất dưới 86 USD (75 EUR)/kWh. Họ tin rằng mật độ năng lượng trên 600 Wh/kg và chi phí dưới 75 EUR/kWh hoàn toàn khả thi.

Công nghệ DRYtraec của Fraunhofer, một phương pháp phủ không dung môi, được áp dụng trong thiết kế mới giúp giảm tới 30% mức tiêu thụ năng lượng trong sản xuất và giảm lượng khí thải CO2. Phương pháp này cũng tương thích với các dây chuyền sản xuất pin lithium-ion hiện có, tạo điều kiện cho ngành công nghiệp áp dụng nhanh chóng.

Toàn bộ quá trình phát triển và thử nghiệm nguyên mẫu diễn ra tại Trung tâm Công nghệ Pin Tiên tiến (ABTC) của viện ở Dresden, nơi tích hợp thiết kế vật liệu, phủ điện cực, cắt laser, xếp chồng và thử nghiệm hiệu suất. Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng loại pin mới này sẽ cung cấp năng lượng cho máy bay, máy bay không người lái và các thiết bị di động thế hệ tiếp theo, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về hiệu suất năng lượng.