Hàn Quốc phát triển công nghệ giảm cháy nổ pin xe điện và hứa hẹn kéo dài tuổi thọ pin

Nhóm nghiên cứu KRICT dùng phương pháp in chuyển để ép lớp màng bảo vệ lên bề mặt điện cực lithium, công nghệ giảm cháy nổ pin xe điện.

Một nhóm nghiên cứu tại Hàn Quốc đã phát triển thành công công nghệ in chuyển màng bảo vệ, cho phép tạo lớp phủ mỏng trên bề mặt lithium kim loại. Đây được coi là một giải pháp có thể mở rộng nhằm giải quyết vấn đề dendrite trong quá trình sạc và xả điện. Hiện tượng này gây đoản mạch, nguy cơ cháy nổ và rút ngắn tuổi thọ pin. Đây là thách thức lớn đang cản trở sự phát triển của pin lithium kim loại thế hệ mới.

Ưu điểm của pin lithium kim loại là có dung lượng vượt xa pin lithium-ion hiện tại. Còn công nghệ mới hứa hẹn giúp pin lithium kim loại trở nên an toàn hơn, bền hơn và tiến gần hơn đến khả năng thương mại hóa.

Cụ thể, nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Seok Jeong-don tại Trung tâm Nghiên cứu Pin Tân tiến thuộc Viện Nghiên cứu Hóa học Hàn Quốc (KRICT), đã chuyển thành công các lớp màng bảo vệ lai gồm polymer rắn và sứ lên bề mặt lithium kim loại bằng phương pháp in chuyển không sử dụng dung môi. Khác với các quy trình phủ ướt truyền thống vốn sử dụng dung môi hữu cơ và dễ làm hỏng bề mặt lithium, kỹ thuật này cho phép phủ đều lớp màng trên diện tích lớn mà không để lại cặn bẩn, từ đó nâng cao khả năng ứng dụng thương mại.

Theo trang Chosun Biz, KRICT đã công bố kết quả này vào ngày 13 tháng 7 và cho biết công trình nghiên cứu đã được đăng tải trên tạp chí “Energy Storage Materials” vào tháng 2 và tháng 7 năm 2025. Theo KRICT, đây là lần đầu tiên công nghệ in chuyển được áp dụng trong lĩnh vực pin lithium.

Sơ đồ cách in chuyển lớp bảo vệ lai polymer-sứ

Pin lithium kim loại, sử dụng lithium kim loại thay thế than chì làm cực dương, có mật độ năng lượng lý thuyết cao gấp 10 lần so với pin lithium-ion thông thường. Vì vậy, nó được xem là giải pháp lưu trữ năng lượng trọng yếu cho xe điện, hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) và các nền tảng pin thế hệ tiếp theo như pin thể rắn hoàn toàn và pin lithium-sulfur. Tuy nhiên, vấn đề hình thành các dendrite (cấu trúc kim loại như nhánh cây) trong quá trình sạc và xả điện vẫn là rào cản lớn, gây đoản mạch, nguy cơ cháy nổ và rút ngắn tuổi thọ pin.

Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã phát triển hai loại lớp bảo vệ. Gồm:

- Một loại là lớp màng kép gồm alumina (Al₂O₃) và vàng (Au)

- Một loại là lớp lai kết hợp giữa vật liệu sứ (Al-LLZO) và polymer.

Cả hai lớp màng đều được ép lên bề mặt lithium bằng kỹ thuật in chuyển sử dụng con lăn, trong đó màng được tạo trước trên một chất nền riêng biệt, sau đó được ép lên lithium mà không cần dung môi, giúp giảm thiểu hư hại và tăng độ đồng đều.

Các phát hiện trong nghiên cứu in chuyển màng bảo vệ hai lớp Alumina-Vàng

Trong các nghiên cứu trước, lớp màng kép Al₂O₃–Au đã cho thấy khả năng chống dendrite nhờ độ bền cơ học cao và điện trở tiếp xúc thấp, giúp duy trì chu trình hoạt động ổn định. Dựa trên nền tảng đó, nhóm nghiên cứu đã mở rộng kỹ thuật để chuyển đồng đều lớp màng lai dẫn ion, linh hoạt, có kích thước 245 × 50 mm và độ dày chỉ 5 micromet (μm). Các lớp màng này giúp dòng lithium-ion phân bố đều tại giao diện giữa cực và chất điện phân, qua đó tăng cường độ ổn định của pin.

Các thử nghiệm hiệu năng cho thấy công nghệ mới đạt hiệu quả cao. Trong các thử nghiệm cell pin, các bộ pin sử dụng lớp màng lai giữ được 81,5% dung lượng sau 100 chu kỳ sạc/xả, với điện áp phân cực thấp chỉ 55,34 mV và hiệu quả Coulombic đạt 99,1%, tương đương gấp đôi mức ổn định của các pin lithium không phủ màng bảo vệ. Ngay cả khi xả nhanh toàn bộ trong vòng 9 phút, pin vẫn duy trì 74,1% dung lượng ban đầu, thể hiện khả năng vận hành ổn định và hiệu quả.

Nghiên cứu sinh Choi Jun-young (bên trái) và trưởng nhóm nghiên cứu Seok Jeong-don (bên phải) của KRICT

Trong một thông báo, trưởng nhóm nghiên cứu Seok Jeong-don nói rằng: “Nghiên cứu này kết hợp vật liệu bảo vệ mới với quy trình in chuyển có thể mở rộng, đồng thời giải quyết được vấn đề ổn định giao diện và những hạn chế của phương pháp phủ truyền thống, vốn là rào cản trong việc thương mại hóa pin lithium kim loại”.

Giám đốc KRICT, ông Lee Young-guk, cũng phát biểu: “Đây là một trong những giải pháp thực tiễn nhất để hiện thực hóa pin lithium kim loại có mật độ năng lượng cao, và sẽ góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh toàn cầu của Hàn Quốc trong lĩnh vực pin thứ cấp”.