Sự mỏi kim loại trong cực dương được xác định là nguyên nhân chính gây ra sự xuống cấp của pin lithium thể rắn
Phân tích SEM của Operando về giao diện Li/LLZTO dưới dòng điện tuần hoàn. Nguồn: Science (2025). DOI: 10.1126/science.adq6807
Một nhóm các nhà khoa học và kỹ sư vật liệu liên kết với một số tổ chức tại Trung Quốc đã phát hiện ra rằng một trong những lý do chính khiến pin lithium thể rắn hỏng theo thời gian là sự mỏi kim loại ở cực dương, góp phần làm xuống cấp giao diện và tăng trưởng dendrite. Trong bài báo được công bố trên tạp chí Science, nhóm đã mô tả cách họ nghiên cứu sự tăng trưởng dendrite trong pin lithium thể rắn bằng kính hiển vi điện tử quét và những gì đã xảy ra với cực dương của chúng theo thời gian.
Một trong những mục tiêu chính của các nhà sản xuất pin lithium thể rắn là làm cho chúng có khả năng cạnh tranh với pin lithium-ion tiêu chuẩn. Người ta lưu ý rằng những loại pin như vậy sẽ là một cải tiến đáng hoan nghênh vì chúng an toàn hơn nhiều và có mật độ năng lượng cao hơn nhiều so với các loại pin hiện đang sử dụng. Thật không may, những loại pin như vậy không tồn tại lâu do sự phát triển của dendrit, là những cấu trúc giống như kim tích tụ trong lithium, gây ra hiện tượng đoản mạch và chết pin.
Trong nỗ lực mới này, nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu thêm về lý do tích tụ dendrit và bất kỳ nguyên nhân nào khác gây ra lỗi pin lithium thể rắn. Để đạt được mục đích đó, họ đã sử dụng mô phỏng trường pha và kính hiển vi điện tử quét để xem xét kỹ hơn các thành phần của pin trong các giai đoạn khác nhau của vòng đời hữu ích của pin.
Khi làm như vậy, họ phát hiện ra rằng sự mỏi kim loại xảy ra ở cực dương (do sự giãn nở và co lại của lithium trong quá trình sạc và sạc lại) là lý do chính khiến pin bị hỏng. Người ta phát hiện ra rằng sự mỏi như vậy thúc đẩy sự phát triển của các dendrite.
Cụ thể hơn, họ phát hiện ra rằng sự giãn nở và co lại liên tục dẫn đến sự phát triển của các lỗ rỗng và vết nứt nhỏ ở giao diện chất điện phân thể rắn-cực dương, từ đó dẫn đến sự phát triển và thoái hóa của dendrite—ngay cả ở mật độ thấp.
Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng sự mỏi mà họ tìm thấy trong pin tuân theo định luật Coffin-Manson (một phương trình mô tả hành vi của sự mỏi chu kỳ thấp), mà họ lưu ý có nghĩa là nó là bản chất của pin và có thể dự đoán được. Họ cho rằng điều này mang lại hy vọng tìm ra cách ngăn ngừa sự mỏi kim loại và sự phát triển của dendrite sau đó và sự hỏng hóc cuối cùng của pin.
