Các nhà khoa học tại Trung Quốc đã rút ngắn đáng kể thời gian sạc pin mà vẫn giữ nguyên dung lượng và tuổi thọ pin. Họ đã sử dụng một loại vật liệu mới giúp ion di chuyển nhanh hơn, từ đó rút ngắn quá trình sạc.
Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một loại vật liệu tinh thể có tên là niobium tungsten oxide (NbWO), giúp đẩy nhanh tốc độ sạc pin.
Loại vật liệu này được kỳ vọng sẽ được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực, đặc biệt là những thiết bị cần sạc pin lithium-ion chỉ trong vòng một phút.
Họ phát hiện ra rằng khả năng sạc nhanh đến từ một cơ chế đặc biệt trong mạng tinh thể, liên quan đến hiệu ứng Jahn-Teller, cho phép vật liệu tự điều chỉnh cấu trúc theo tốc độ sạc.
Cấu trúc tinh thể thay đổi theo tốc độ sạc
Bằng cách sử dụng kính hiển vi điện tử tiên tiến, nhóm nghiên cứu nhận thấy cấu trúc tinh thể của NbWO phản ứng khác nhau tùy vào tốc độ sạc. Khi sạc chậm, các ion lithium sắp xếp thành trật tự, khiến cấu trúc vật liệu bị biến dạng. Ngược lại, khi sạc nhanh, các ion phân bố ngẫu nhiên hơn, giúp hạn chế biến dạng và cho phép ion Li+ di chuyển nhanh vào bên trong vật liệu.
Ngoài ra, họ cũng phát hiện một “điểm nghẽn” trong tinh thể khiến ion lithium khó đi qua khi sạc nhanh. Tuy nhiên, với kỹ thuật mới, nhóm nghiên cứu đã tìm ra cách điều hướng các ion vào những “đường hầm” bên trong tinh thể, nơi chúng dễ dàng đi vào với ít cản trở.
Bước tiến quan trọng cho pin sạc siêu nhanh
“Chúng tôi đã kết hợp công nghệ hình ảnh phân giải nguyên tử hiện đại và kính hiển vi điện tử để quan sát sâu vào cấu trúc vật liệu ở cấp độ rất nhỏ — điều trước đây chưa ai làm rõ,” hai tác giả chính Yaqing Guo và Yifei Yuan từ Đại học Ôn Châu cho biết.
Kết quả nghiên cứu góp phần quan trọng vào việc hiểu rõ cách lưu trữ ion lithium trong các vật liệu sạc nhanh, mở ra cơ hội phát triển thế hệ pin sạc siêu tốc trong tương lai.
Theo thử nghiệm, loại vật liệu mới (rGO/Nb₁₆W₅O₅₅) giúp pin giữ được 77% dung lượng sau 500 lần sạc nhanh liên tục. Pin này cũng có mật độ năng lượng rất cao — đạt tới 406 Wh/kg khi dùng ở công suất thấp và vẫn giữ được 186 Wh/kg khi dùng ở công suất cao.
Đặc biệt ấn tượng, khi sạc ở tốc độ cực nhanh (80C), pin đạt 116 mAh/g chỉ sau 45 giây, tương đương 68,5% dung lượng lý thuyết.
“Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng sạc nhanh của NbWO đến từ việc cấu trúc vật liệu tự điều chỉnh linh hoạt khi sạc nhanh, giúp giảm biến dạng và cho phép ion Li+ di chuyển dễ dàng hơn vào bên trong,” nhóm nghiên cứu chia sẻ.
Biên dịch: Thu Hoài
Prabhat Ranjan Mishra là một nhà báo công nghệ nổi bật, hiện đang cộng tác với Interesting Engineering. Bài viết được đăng trên IE vào ngày 22/03/2025.
Interesting Engineering là một tạp chí trực tuyến quốc tế chuyên cập nhật nhanh chóng các tin tức, khám phá và xu hướng mới nhất về khoa học, công nghệ và kỹ thuật. Với nội dung phong phú, dễ hiểu và truyền cảm hứng, đây là nguồn thông tin đáng tin cậy dành cho những người yêu thích công nghệ và đổi mới.
