Phương pháp mới thay thế niken và coban trong pin cho pin lithium-ion sạch hơn và rẻ hơn
Phương pháp tổng hợp muối nóng chảy thúc đẩy quá trình hình thành và hạn chế sự phát triển (tổng hợp NM). Nguồn: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60946-4
Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học McGill, hợp tác với các đồng nghiệp tại Hoa Kỳ và Hàn Quốc, đã phát triển một phương pháp mới để chế tạo vật liệu pin lithium-ion hiệu suất cao, có thể giúp loại bỏ dần các kim loại đắt tiền và/hoặc khó tìm nguồn cung ứng như niken và coban.
Bước đột phá của nhóm nghiên cứu nằm ở việc tạo ra một phương pháp tốt hơn để sản xuất các hạt catốt "muối đá hỗn loạn" (DRX), một vật liệu pin thay thế. Cho đến nay, các nhà sản xuất vẫn gặp khó khăn trong việc kiểm soát kích thước và chất lượng của các hạt DRX, khiến chúng trở nên không ổn định và khó sử dụng trong sản xuất. Các nhà nghiên cứu đã giải quyết vấn đề này bằng cách phát triển một phương pháp sản xuất các hạt có kích thước đồng đều, độ tinh thể cao mà không cần nghiền hoặc xử lý sau.
"Phương pháp của chúng tôi cho phép sản xuất hàng loạt catốt DRX với chất lượng đồng đều, điều này rất cần thiết cho việc ứng dụng chúng trong xe điện và lưu trữ năng lượng tái tạo", Jinhyuk Lee, tác giả liên hệ của bài báo và là Trợ lý Giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Khai thác và Vật liệu, cho biết.
Các nhà nghiên cứu cho biết những phát hiện được công bố trên tạp chí Nature Communications này mở ra một hướng đi đầy hứa hẹn hướng tới pin lithium-ion bền vững và tiết kiệm chi phí hơn, một thành phần quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang giao thông điện khí hóa toàn cầu và sử dụng năng lượng tái tạo.
Một bước đột phá về vật liệu
Các nhà nghiên cứu đã thiết kế một quy trình muối nóng chảy hai bước để tổng hợp các hạt DRX. Muối nóng chảy cho phép kiểm soát tốt hơn quá trình hình thành hạt, cải thiện chất lượng và hiệu quả. Đầu tiên, các nhà nghiên cứu thúc đẩy quá trình hình thành mầm (sự hình thành các tinh thể nhỏ, đồng đều) của các hạt, sau đó hạn chế sự phát triển của chúng. Điều này cho phép họ sản xuất các hạt sẵn sàng cho pin có kích thước nhỏ hơn 200 nanomet, một kích thước được coi là quan trọng để khai thác hiệu suất của các vật liệu này trong pin lithium-ion.
"Chúng tôi đã phát triển phương pháp đầu tiên để tổng hợp trực tiếp các hạt DRX đơn lẻ có độ tinh thể cao, phân tán đồng đều mà không cần phải nghiền sau tổng hợp", Lee cho biết. "Việc kiểm soát hình thái này giúp tăng cường cả hiệu suất pin và tính nhất quán của quá trình sản xuất catốt DRX quy mô lớn."
Khi được thử nghiệm trên các cell pin, vật liệu mới duy trì 85% dung lượng sau 100 chu kỳ sạc-xả. Con số này cao hơn gấp đôi hiệu suất của các hạt DRX được sản xuất bằng các phương pháp cũ.
Sự cần thiết của quá trình ủ và tái chèn Li sau khi rửa NM-LMTO trong việc tách rời độ tinh thể và kích thước hạt. Nguồn: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60946-4
Từ phòng thí nghiệm đến công nghiệp
Nghiên cứu được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu tại Đại học McGill, phối hợp với các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC của Đại học Stanford và Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST). Nghiên cứu được hỗ trợ một phần bởi Wildcat Discovery Technologies, một công ty pin có trụ sở tại Hoa Kỳ, quan tâm đến việc mở rộng quy mô công nghệ DRX cho mục đích thương mại.
Phương pháp của nhóm nghiên cứu cũng có thể giúp quy trình này có khả năng mở rộng quy mô và tiết kiệm năng lượng hơn, giải quyết một rào cản quan trọng đối với việc áp dụng rộng rãi catốt DRX. Với nhu cầu pin toàn cầu, điều này có thể tạo ra hiệu ứng lan tỏa lớn.
"Việc công trình của chúng tôi được chấp nhận làm nổi bật cả hiểu biết cơ bản lẫn tiềm năng công nghiệp của phương pháp này", Hoda Ahmed, tác giả chính của bài báo và là nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Khoa Kỹ thuật Vật liệu của Đại học McGill, cho biết. "Nó chuyển hướng lĩnh vực này sang sản xuất có khả năng mở rộng quy mô."
Với chiến lược tổng hợp này, các nhà nghiên cứu cho biết cánh cửa hiện đang mở ra cho pin lithium-ion thế hệ tiếp theo, bền vững hơn, giá cả phải chăng hơn và dễ sản xuất quy mô lớn hơn.
Bài báo "Tổng hợp thúc đẩy quá trình hình thành và hạn chế tăng trưởng vật liệu catốt Li-ion muối đá hỗn loạn" của Hoda Ahmed, Moohyun Woo, Raynald Gauvin, George Demopoulos, Jinhyuk Lee và các đồng nghiệp đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.
Thông tin thêm: Hoda Ahmed và cộng sự, Tổng hợp thúc đẩy quá trình hình thành và hạn chế tăng trưởng vật liệu catốt Li-ion muối đá hỗn loạn, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60946-4
Thông tin tạp chí: Nature Communications
Được cung cấp bởi Đại học McGill
