Các nhà khoa học tại Nhật Bản đang nghiên cứu và thử nghiệm với một loại pin thể rắn hoàn toàn mới có thể giúp xe điện di chuyển quãng đường dài gấp đôi so với hiện nay, có thể từ 600 km lên tới 1.200 km sau mỗi lần sạc. Công nghệ này sử dụng pin fluoride-ion, hứa hẹn mang lại dung lượng lưu trữ năng lượng cao hơn đáng kể so với pin lithium-ion đang được sử dụng phổ biến.
Cụ thể, đây là kết quả của nhóm nghiên cứu từ Đại học Kyoto, hợp tác cùng Toyota. Họ đã phát triển một loại vật liệu mới cho cực dương của pin fluoride-ion thể rắn giúp cải thiện mật độ dung lượng theo thể tích của cực dương lên gấp ba lần, đồng thời giúp tăng gấp đôi mật độ năng lượng tổng thể của pin so với pin lithium-ion truyền thống.
Pin fluoride-ion hoạt động như thế nào?
Khác với pin lithium-ion, loại pin mới này sử dụng ion fluoride để di chuyển điện tích thay vì ion lithium. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng đồng nitride (Cu₃N) làm vật liệu chính cho cực dương, kết hợp với các nguyên tố như mangan và lantan trong cấu trúc tinh thể perovskite. Trong quá trình sạc, các ion fluoride di chuyển qua các lớp NaCl, giúp lưu trữ và giải phóng năng lượng hiệu quả hơn.
Một điểm đột phá của công nghệ này là đồng nitride có thể phản ứng với cả ion nitơ và fluoride, cho phép giải phóng tới ba electron trên mỗi nguyên tử nitơ. Điều này giúp tăng đáng kể dung lượng pin cả về thể tích lẫn trọng lượng, đồng thời duy trì độ bền cao, có thể chịu được hàng chục chu kỳ sạc-xả.
Tiềm năng và ứng dụng thực tế
Pin fluoride-ion thể rắn đang thu hút sự quan tâm lớn nhờ khả năng lưu trữ năng lượng cao, an toàn hơn do sử dụng chất điện phân rắn và tốc độ dẫn ion fluoride nhanh. Các ion fluoride có kích thước nhỏ và điện tích đơn, giúp chúng di chuyển nhanh hơn trong chất rắn, khắc phục nhiều hạn chế của pin lithium-ion hiện tại.
Nghiên cứu, được công bố trên tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ (ACS), cho thấy loại pin mới này có dung lượng khoảng 550 mAh/g, vượt xa mức 120–250 mAh/g của pin lithium-ion truyền thống. Nhờ những ưu điểm này, pin fluoride-ion có tiềm năng lớn trong việc cải thiện hiệu suất lưu trữ năng lượng cho xe điện và các thiết bị điện tử trong tương lai.
