Các nhà nghiên cứu đã đạt được một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực pin lithium-ion với sự ra mắt của chất điện phân mới, F-QSCE@30. Đây là kết quả của sự hợp tác giữa Đại học Công nghệ Lulea và Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, vừa được công bố trên tạp chí Nano-Micro Letters. Chất điện phân này không chỉ tăng cường độ dẫn ion một cách đáng kể mà còn giúp pin duy trì gần 100% dung lượng sau 350 chu kỳ sạc, ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cao.
F-QSCE@30 là một chất điện phân tổng hợp bán rắn ghép flo, được thiết kế để vượt qua những hạn chế của các chất điện phân hữu cơ lỏng truyền thống. Những chất điện phân này thường dễ bị rò rỉ, dễ cháy và kém ổn định bề mặt. Qua việc khai thác hiệu ứng cảm ứng tích hợp của các chuỗi, F-QSCE@30 đồng thời tăng cường độ dẫn ion và tạo ra một lớp bảo vệ LiF tự nhiên.
Vật liệu này được chế tạo dưới dạng màng gia cố sợi thủy tinh được xử lý bằng tia UV. Điều này mang lại độ dẫn điện tương tự chất lỏng nhưng lại không bắt lửa và bền chắc về mặt cơ học. Nhờ đó, F-QSCE@30 không chỉ giúp loại bỏ các nguy cơ an toàn mà còn cho phép quy trình sản xuất cuộn hiệu quả.
F-QSCE@30 đã thể hiện hiệu suất ấn tượng với độ bền vượt trội; dung lượng gần như nguyên vẹn – một bước đột phá lớn trong việc giải quyết vấn đề phát triển sợi nhánh và suy giảm dung lượng, những thách thức lớn đối với pin lithium-ion hiện nay. Ngoài ra, vật liệu này cũng tăng tốc vận chuyển ion, thể hiện hiệu suất chất điện phân và pin được cải thiện đáng kể.
Khả năng sản xuất quy mô lớn của vật liệu này cũng là một điểm đáng chú ý. Quy trình xử lý UV một bước của hexafluorobutyl methacrylate và các monome ion lỏng bên trong khung sợi thủy tinh tạo ra màng dày 90µm không nứt. Điều này hoàn toàn tương thích với các dây chuyền phủ hiện có, mở ra khả năng sản xuất hàng loạt.
F-QSCE@30 đã đáp ứng các mục tiêu của Hiệp hội Pin Tiên tiến Hoa Kỳ (USABC) năm 2030 về khả năng duy trì dung lượng và tốc độ. Điều này mở ra một hướng đi khả thi cho việc chế tạo các cell pin dạng túi với mật độ năng lượng trên 400 Wh/kg.
Các nhà nghiên cứu cho biết sẽ tiếp tục mở rộng khái niệm hiệu ứng cảm ứng này sang hóa học kim loại natri và kẽm. Đồng thời, họ cũng sẽ tối ưu hóa độ bền cơ học cho các bộ pin thể rắn định dạng lớn. Điều này hứa hẹn một tương lai an toàn hơn và giàu năng lượng hơn cho xe điện và các hệ thống lưu trữ lưới điện.
