Hiểu biết về cơ chế có thể giúp pin sạc nhanh hơn
của Đại học Wisconsin-Madison
Nguồn: ACS Energy Letters (2025). DOI: 10.1021/acsenergylett.5c00322
Pin lithium-ion sạc nhanh có mặt ở khắp mọi nơi, cung cấp năng lượng cho mọi thứ từ điện thoại di động và máy tính xách tay đến xe điện. Chúng cũng nổi tiếng là dễ quá nhiệt hoặc bắt lửa.
Giờ đây, với một mô hình tính toán sáng tạo, một kỹ sư cơ khí của Đại học Wisconsin–Madison đã có được hiểu biết mới về một hiện tượng khiến pin lithium-ion bị hỏng.
Được phát triển bởi Weiyu Li, trợ lý giáo sư kỹ thuật cơ khí tại UW–Madison, mô hình này giải thích về lớp mạ lithium, trong đó quá trình sạc nhanh kích hoạt lithium kim loại tích tụ trên bề mặt cực dương của pin, khiến pin bị hỏng nhanh hơn hoặc bắt lửa.
Kiến thức này có thể dẫn đến pin lithium-ion sạc nhanh an toàn hơn và bền hơn.
Cho đến nay, các cơ chế kích hoạt quá trình mạ lithium vẫn chưa được hiểu rõ. Với mô hình của mình, Li đã nghiên cứu quá trình mạ lithium trên một cực dương graphite trong pin lithium-ion. Mô hình này cho thấy sự tương tác phức tạp giữa quá trình vận chuyển ion và phản ứng điện hóa thúc đẩy quá trình mạ lithium như thế nào. Cô đã trình bày chi tiết kết quả của mình trong một bài báo được công bố vào ngày 10 tháng 3 năm 2025 trên tạp chí ACS Energy Letters.
"Sử dụng mô hình này, tôi đã có thể thiết lập mối quan hệ giữa các yếu tố chính, chẳng hạn như điều kiện vận hành và đặc tính vật liệu, với sự khởi đầu của quá trình mạ lithium", Li nói. "Từ những kết quả này, tôi đã tạo ra một sơ đồ cung cấp hướng dẫn dựa trên vật lý về các chiến lược để giảm thiểu quá trình mạ. Sơ đồ giúp những phát hiện này dễ tiếp cận hơn và các nhà nghiên cứu có thể khai thác kết quả mà không cần phải thực hiện bất kỳ mô phỏng bổ sung nào".
Các nhà nghiên cứu có thể sử dụng kết quả của Li để thiết kế không chỉ các vật liệu pin tốt nhất mà quan trọng hơn là các giao thức sạc giúp kéo dài tuổi thọ pin.
"Hướng dẫn dựa trên vật lý này rất có giá trị vì nó cho phép chúng tôi xác định cách tối ưu để điều chỉnh mật độ dòng điện trong quá trình sạc, dựa trên trạng thái sạc và các đặc tính vật liệu, để tránh mạ lithium", Li nói.
Nghiên cứu trước đây về mạ lithium chủ yếu tập trung vào các trường hợp cực đoan. Đáng chú ý, mô hình của Li cung cấp một cách để điều tra sự khởi đầu của mạ lithium trong phạm vi điều kiện rộng hơn nhiều, cho phép có được bức tranh toàn diện hơn về hiện tượng này.
Li có kế hoạch phát triển thêm mô hình của mình để kết hợp các yếu tố cơ học, chẳng hạn như tạo ra ứng suất, để khám phá tác động của chúng đối với mạ lithium.
