Các kỹ sư tại Đại học Michigan vừa phát triển một quy trình sản xuất cải tiến cho pin xe điện (EV), giúp tăng tốc độ sạc ngay cả trong điều kiện nhiệt độ lạnh. Phát minh này giải quyết một trong những vấn đề lớn nhất đối với việc áp dụng xe điện—hiệu suất giảm khi nhiệt độ xuống thấp.
Neil Dasgupta, Phó Giáo sư Kỹ thuật Cơ khí và Khoa học Vật liệu của Đại học Michigan, cho biết: "Chúng tôi hình dung rằng phương pháp này có thể được các nhà sản xuất pin xe điện áp dụng mà không cần thay đổi lớn đối với các nhà máy hiện có."
Giải pháp giúp sạc nhanh ngay cả trong điều kiện nhiệt độ thấp
Nghiên cứu này đã mở ra một con đường mới để đạt được tốc độ sạc cực nhanh ở nhiệt độ thấp mà không làm giảm mật độ năng lượng của pin. Theo đó, những viên pin lithium-ion sử dụng phương pháp này có thể sạc nhanh gấp 5 lần, ngay cả khi nhiệt độ xuống thấp đến -10°C (14°F).
Cải tiến quan trọng đến từ việc thay đổi cấu trúc và lớp phủ giúp ngăn ngừa hiện tượng lắng đọng lithium trên các điện cực, một vấn đề phổ biến làm giảm hiệu suất pin. Kết quả là, các viên pin này vẫn giữ được 97% dung lượng sau 100 chu kỳ sạc nhanh trong điều kiện nhiệt độ dưới 0°C.
Cách thức hoạt động của công nghệ mới
Pin xe điện tiêu chuẩn lưu trữ và giải phóng năng lượng bằng cách di chuyển các ion lithium giữa các điện cực qua chất điện giải lỏng. Tuy nhiên, khi nhiệt độ giảm xuống thấp, quá trình này bị chậm lại, làm giảm hiệu suất và tốc độ sạc của pin. Để khắc phục vấn đề này, các nhà sản xuất ô tô đã phải làm dày các điện cực của pin, nhưng điều này lại làm giảm tốc độ sạc.
Trước đây, nhóm nghiên cứu của Dasgupta đã phát triển một phương pháp cải thiện tốc độ sạc bằng cách tạo ra các kênh nhỏ trong cực dương của pin. Tuy nhiên, việc sạc trong điều kiện lạnh vẫn gặp khó khăn. Sau khi nghiên cứu kỹ lưỡng, nhóm phát hiện ra rằng một lớp hóa học hình thành trên bề mặt điện cực trong môi trường lạnh là nguyên nhân gây ra vấn đề này. Lớp phủ này ngăn cản quá trình sạc của toàn bộ điện cực, làm giảm dung lượng của pin.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã áp dụng một lớp phủ thủy tinh mỏng làm từ lithium borate-carbonate, ngăn chặn lớp hóa học gây hại này. Khi kết hợp với các kênh khoan laser trước đó, lớp phủ mới giúp tăng tốc độ sạc pin lên gấp 5 lần trong điều kiện nhiệt độ đóng băng.
Lợi ích cho người tiêu dùng và ngành công nghiệp
Mặc dù xe điện đang ngày càng phổ biến, nhưng người tiêu dùng vẫn lo ngại về vấn đề thời gian sạc lâu và phạm vi di chuyển giảm trong mùa đông. Một khảo sát gần đây của AAA cho thấy tỷ lệ người Mỹ có ý định mua xe điện giảm từ 23% trong năm 2023 xuống còn 18% trong năm 2024. Một trong những lý do lớn nhất là tốc độ sạc chậm và giảm hiệu suất trong mùa đông.
Các báo cáo từ đợt lạnh tháng 1 năm 2024 cho thấy thời gian sạc của một số xe kéo dài hơn một giờ do nhiệt độ xuống thấp. Neil Dasgupta chia sẻ: "Việc sạc pin EV mất từ 30 đến 40 phút ngay cả khi sử dụng sạc nhanh, và thời gian này có thể kéo dài hơn một giờ trong mùa đông. Đây chính là vấn đề mà chúng tôi muốn giải quyết."
Nghiên cứu này được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Pin U-M và Trung tâm Đặc trưng Vật liệu Michigan. Nhóm nghiên cứu đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho công nghệ này với sự hỗ trợ từ U-M Innovation Partnerships. Đồng thời, Arbor Battery Innovations cũng đã cấp phép công nghệ mới và đang tiến hành thương mại hóa.
Phát minh này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất sạc trong điều kiện nhiệt độ thấp mà còn mở ra hy vọng về việc tăng cường phạm vi di chuyển của xe điện, giúp người tiêu dùng có thêm lựa chọn trong việc sử dụng phương tiện xanh, tiết kiệm và hiệu quả.
Sujita Sinha là biên tập viên của Interesting Engineering (IE). Bài viết được đăng trên IE vào ngày 02/04/2025
Interesting Engineering là trang tin tức công nghệ và khoa học, chuyên cập nhật những phát minh và tiến bộ kỹ thuật mới nhất trên thế giới. Ra mắt năm 2011, nền tảng này cung cấp nội dung hấp dẫn về AI, năng lượng tái tạo, hàng không vũ trụ và nhiều lĩnh vực đột phá khác.
Biên dịch: Thu Hoài
