Hãy tưởng tượng rằng bạn đang lái xe trên một trong nhiều xa lộ của Châu Âu bằng chiếc xe điện mới của mình. Bạn đang di chuyển nhanh, và các trạm sạc thì ít và xa. Ký ức về nỗi lo về phạm vi hoạt động ập đến, nhưng sau đó bạn nhận ra rằng chiếc xe bạn đang lái có một bộ pin xe điện hoàn toàn mới, được phát triển chính xác để có thể lái xe đường dài và không phải sạc thường xuyên. Và khi bạn phải dừng lại, việc sạc cũng mất ít thời gian hơn nhiều.
Pin xe điện thế hệ tiếp theo thiết lập một tiêu chuẩn mới: tuổi thọ dài hơn, sạc nhanh hơn và vật liệu bền vững hơn. Nhà nghiên cứu và quản lý dự án Nils Peter Wagner được hiển thị trong phòng thí nghiệm tại SINTEF. Tín dụng: Silje Grytli Tveten
Với điều này trong tâm trí và sự chắc chắn rằng loại pin mới cũng thân thiện hơn với môi trường, bạn có thể thoải mái ngồi vào ghế và tự tin lái xe.
Sức mạnh lớn hơn trong mỗi 'giọt'
EU đang đầu tư vào việc sản xuất pin EV mới đáp ứng nhu cầu của người dùng xe điện trong tương lai về pin bền vững hơn, rẻ hơn và hiệu quả hơn. Mục tiêu là càng nhiều người càng tốt lựa chọn mua và lái xe với mục tiêu bền vững.
Nils Peter Wagner là nhà khoa học nghiên cứu cấp cao tại SINTEF và đang điều phối công việc đang diễn ra trong dự án IntelLiGent của EU. Ông cho biết các nhà nghiên cứu trong dự án đã thử nghiệm cả vật liệu và linh kiện tiên tiến để cải thiện pin.
"Theo nhiều cách, bạn có thể nói rằng chúng tôi đã tạo ra một 'công thức' cho công nghệ pin trong tương lai bằng cách lựa chọn một số nguyên liệu thô tốt nhất, rẻ nhất và ít gây hại nhất cho môi trường. Chúng tôi đã nghiên cứu mọi chi tiết cuối cùng của các ô pin", Wagner nói.
Siêu năng lực và thành phần bí mật
Hãy nghĩ về pin như một chiếc bánh sandwich: Ở trên cùng, chúng ta tìm thấy một cực âm. Cực âm sử dụng vật liệu IntelLiGent LNMO, viết tắt của lithium-niken-mangan oxit. Vật liệu này không chứa coban và chứa ít lithium và niken hơn so với các vật liệu được sử dụng trong pin ngày nay.
Đây đều là những vật liệu được xác định là nguyên liệu thô quan trọng. Do đó, pin sử dụng các thành phần thay thế của các nhà nghiên cứu có dấu chân môi trường thấp hơn.
"Vật liệu catốt LNMO cung cấp điện áp trung bình cao, không có lỗi. Nó cũng có mật độ năng lượng cao, có nghĩa là nó có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn trong một thể tích nhỏ hơn, do đó pin có phạm vi hoạt động xa hơn", Wagner cho biết.
Tuy nhiên, một thách thức là vật liệu này đã có một số "vấn đề phát triển" dẫn đến tuổi thọ ngắn hơn. Các nhà nghiên cứu đã cải thiện tình hình này bằng cách phát triển một thế hệ catốt LNMO mới cung cấp hiệu suất và dung lượng tốt hơn cho pin, theo nhà nghiên cứu.
At the bottom of the battery we find the anode. The new batteries are made of a composite consisting of silicon and graphite. Silicon can absorb many more lithium ions, which provides more energy, while graphite provides strength and stability, so that the battery lasts longer.
Both silicon and graphite are critical raw materials. IntelLiGent's silicon-graphite composite batteries are produced by Vianode in Norway, which can produce materials with both lower emissions and resource consumption.
Follow-up problem solved
"These energy-efficient, high-capacity anodes play a crucial role in improving battery performance. However, silicon anodes swell significantly during charging and discharging, and this can cause the material to break down. We have solved that problem by exploiting the stability of graphite, so that the batteries have the best possible durability and lifespan," says Wagner.
The research team is also developing a "secret sauce": a special electrolyte that protects the anode and cathode in the batteries. This makes them more stable and lasts longer.
"We recently completed development of the electrolyte and tested it in a first-generation prototype. Now we've put the spotlight on the second generation of prototype cells, which will provide higher energy density and use even larger cells. This will in turn give the batteries even better performance and efficiency," says Wagner.
Superglue repairs minor damage along the way
The project has also worked on the structure of the battery itself—in other words, how the electrodes are constructed and how the battery is assembled, which will increase both the energy density and charging capacity.
"One effect of higher energy density is that the battery can get too hot, so we need to ensure that the structure does not allow heat to build up inside the battery," says the SINTEF researcher.
In order to hold the "sandwich" together, the researchers also use special binders and separators. These parts are not passive helpers, but active components that can repair minor damage along the way. While the binders help to maintain the electrode structure, the separators ensure that the electrodes are kept physically separated, thus preventing short circuits.
"The binders and separators allow the batteries to protect and repair themselves, which in turn helps to extend their lifespan."
A virtual test track
To better understand the behavior of the battery cells, the researchers use advanced analysis methods and modeling. This provides useful answers about how the design can be improved.
Sử dụng các phương pháp sàng lọc nhanh như chớp và các công cụ mô hình hóa, họ khám phá các khả năng, tìm kiếm các giải pháp thân thiện với môi trường nhất, bao gồm thử nghiệm pin trong thế giới kỹ thuật số. Bằng cách sử dụng một công cụ phần mềm được phát triển tại SINTEF, các nhà nghiên cứu có thể kiểm tra cách pin hoạt động. Theo cách này, họ tiết kiệm thời gian và tin tưởng rằng công nghệ đang hoạt động như mong đợi.
Từ phòng thí nghiệm đến thị trường
Công việc đang diễn ra tại IntelLiGent diễn ra với sự hợp tác của những bên quan trọng trong toàn bộ chuỗi giá trị, từ nhà sản xuất đến nhà cung cấp và người dùng cuối. Mục tiêu là đưa ra "công thức pin" tốt nhất có thể.
Nhóm dự án có một kế hoạch chi tiết về cách công nghệ này có thể được đưa ra thị trường. Hiện tại, họ đang làm việc để đưa sản xuất điện cực vào hoạt động trên quy mô lớn, đồng thời tối ưu hóa các giao thức sản xuất và thử nghiệm. Họ cũng sẽ sản xuất một mô hình demo để kiểm tra xem pin có hoạt động và an toàn cũng như bền bỉ như mong đợi hay không.
Hướng tới tương lai xanh hơn trên con đường
Wagner cho biết: "Chúng tôi đang đánh giá những hậu quả về môi trường, kinh tế và xã hội và so sánh công nghệ mới với các giải pháp hiện tại".
Theo các nhà nghiên cứu, dự án EU này mở đường cho một tương lai ô tô xanh hơn, với những loại pin mạnh hơn, hiệu quả hơn và ít gây hại hơn cho hành tinh.
"Những loại pin này sẽ giúp bạn lái xe điện xa hơn mà không cần sạc và bạn có thể sạc nhanh hơn. Và với tư cách cá nhân, bạn cũng sẽ góp phần giảm lượng khí thải carbon", nhà nghiên cứu SINTEF cho biết.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
