Các nhà nghiên cứu tiên phong trong những tiến bộ giúp pin lithium thế hệ tiếp theo an toàn hơn
Bài viết của Colleen Wamback, Viện Bách khoa Worcester
Nguồn: Viện Bách khoa Worcester
Các nhà nghiên cứu công nghệ pin tại Viện Bách khoa Worcester (WPI) gần đây đã công bố các nghiên cứu giải quyết một số thách thức lớn nhất trong lĩnh vực này.
Dưới sự dẫn dắt của Giáo sư Yan Wang, Giáo sư Kỹ thuật Cơ khí và Vật liệu William B. Smith, các nghiên cứu được công bố trên tạp chí Joule and Materials Today tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và độ ổn định của pin lithium thể rắn hoàn toàn, đồng thời tìm ra các phương pháp tái chế pin lithium-kim loại một cách an toàn và hiệu quả.
Tái chế pin lithium-kim loại an toàn và có thể mở rộng quy mô
Trong bài báo trên Joule, nhóm của Wang đã báo cáo một phương pháp an toàn, có thể mở rộng quy mô và khả thi về mặt kinh tế để tái chế các cực dương lithium-kim loại có khả năng phản ứng cao. Bằng cách sử dụng phản ứng ngưng tụ aldol "tự động" trong acetone thương mại, các nhà nghiên cứu đã chuyển đổi anode kim loại lithium đã qua sử dụng thành lithium carbonate (Li₂CO₃) với độ tinh khiết 99,79% - vượt qua các tiêu chuẩn công nghiệp đối với vật liệu dùng cho pin.
Nguồn: Joule (2025). DOI: 10.1016/j.joule.2025.102136
Lithium carbonate thu hồi sau đó được sử dụng để sản xuất vật liệu catốt mới với hiệu suất điện hóa tương đương với các vật liệu thương mại, chứng minh tính khả thi trong thực tế. Bước đột phá này mở ra một con đường để giảm sự phụ thuộc vào khai thác mỏ, đồng thời giảm chi phí và đẩy nhanh việc áp dụng các công nghệ sạch hơn.
"Phương pháp này là một giải pháp hiệu quả cho một trong những thách thức cấp bách nhất trong ngành công nghiệp pin", ông Wang cho biết. "Bằng cách biến rủi ro an toàn thành động lực thúc đẩy quá trình thu hồi, chúng tôi đã tạo ra một quy trình vừa thiết thực cho việc áp dụng trong ngành, vừa quan trọng cho việc xây dựng một tương lai năng lượng bền vững hơn."
Thiết kế pin thể rắn tiên tiến
Công trình của nhóm nghiên cứu được công bố trên tạp chí Materials Today đã giải quyết một rào cản khác đối với pin thế hệ tiếp theo: khả năng tương thích kém của chất điện phân thể rắn gốc halide với cực dương kim loại lithium. Thông thường, các hệ thống này đòi hỏi các lớp xen kẽ bảo vệ, làm tăng chi phí và độ phức tạp.
Nguồn: Materials Today (2025). DOI: 10.1016/j.mattod.2025.08.038
Nhóm WPI đã đưa sắt vào lithium-indi clorua, tạo ra một vật liệu đạt được sự tiếp xúc trực tiếp và ổn định với cực dương lithium-indi mà không cần lớp bảo vệ. Vật liệu này vẫn duy trì độ dẫn ion cao và mang lại hiệu suất lâu dài, với các cell pin đầy có thể sạc lại hơn 300 lần với dung lượng duy trì 80% và các cell pin đối xứng hoạt động trong hơn 500 giờ—đây là lần đầu tiên một thử nghiệm như vậy được thực hiện trên thực tế.
"Nghiên cứu này chứng minh việc bổ sung sắt là một chiến lược hiệu quả để đơn giản hóa thiết kế pin thể rắn, đồng thời tăng cường độ ổn định và hiệu suất", Wang cho biết. "Cùng với nghiên cứu tái chế của chúng tôi, những phát hiện này đại diện cho những bước tiến quan trọng hướng tới một tương lai, nơi pin lithium hiệu suất cao không chỉ mạnh mẽ hơn mà còn an toàn hơn và bền vững hơn."
Bằng cách giải quyết cả giai đoạn đầu và cuối của vòng đời pin - từ thiết kế an toàn hơn đến tái chế có thể mở rộng quy mô - các nhà nghiên cứu WPI đang phát triển các công nghệ cần thiết cho kỷ nguyên tiếp theo của xe điện, thiết bị điện tử di động và lưu trữ năng lượng tái tạo.
