Năm ngoái, các nhà nghiên cứu từ Đại học Harvard đã phát triển một loại pin lithium thể rắn mới dành cho xe điện có thể sạc đầy trong 10-20 phút. Giờ đây, nhóm nghiên cứu cho biết loại pin lithium tự phát triển này đã đạt được bước đột phá mới, có thể sạc đầy chỉ trong 3 phút và thông báo rằng họ đã nhận được giấy phép công nghệ từ Đại học Harvard. Adden Energy, một công ty khởi nghiệp được thành lập bởi nhóm nghiên cứu, cũng đã đóng một vòng hạt giống trị giá 5,15 triệu đô la do Primavera Capital Group dẫn đầu.

Startup Adden Energy được thành lập vào năm 2021 bởi phó giáo sư Li Xin của Harvard và các nghiên cứu sinh tiến sĩ của Harvard là William Fitzhugh và Luhan Ye, tất cả đều tham gia vào quá trình phát triển công nghệ pin lithium-ion. Điều đáng nói là Fred Hu, người sáng lập và chủ tịch của Primavera Capital, cũng là một trong những người sáng lập Adden Energy.

Theo Adden Energy, pin kim loại lithium tự phát triển này có tuổi thọ hơn 10.000 chu kỳ và nguyên mẫu pin có mật độ năng lượng cao và độ ổn định vật liệu, đồng thời khắc phục một số vấn đề về an toàn của pin lithium. Bài báo nghiên cứu đã được xuất bản trong "Nature".

Adden Energy có kế hoạch đầu tiên phát triển pin thành một tế bào dạng túi có kích thước bằng lòng bàn tay và sau đó biến nó thành pin ô tô chính thức trong vòng 3 đến 5 năm tới.

Giám đốc điều hành Adden Energy Fitzhugh chỉ ra rằng vào năm 2019, 29% lượng khí thải carbon dioxide ở Hoa Kỳ đến từ giao thông vận tải. Phát triển xe điện là một trong những cách có ý nghĩa nhất để chống biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, việc sử dụng rộng rãi xe điện đòi hỏi một số lượng lớn pin để đáp ứng nhu cầu đa dạng của người tiêu dùng. Điều này kéo theo những vấn đề mới, chẳng hạn 37% hộ gia đình Mỹ không có gara nên không thể sạc xe trong thời gian dài. Để điện khí hóa lĩnh vực này, xe điện cần được sạc trong thời gian tương đương với ô tô động cơ đốt trong, về cơ bản là thời gian ở trạm xăng.

Thách thức lớn nhất đối với pin kim loại lithium luôn là tính chất hóa học. Pin lithium di chuyển các ion lithium từ cực âm sang cực dương trong quá trình sạc. Khi cực dương được làm bằng kim loại lithium, các cấu trúc giống như kim được gọi là đuôi gai hình thành trên bề mặt. Những cấu trúc này phát triển trong chất điện phân và chọc thủng hàng rào ngăn cách cực dương và cực âm, khiến pin bị đoản mạch và thậm chí bắt lửa.

Để vượt qua thách thức này, nhóm nghiên cứu Harvard đã thiết kế một loại pin nhiều lớp kẹp các vật liệu khác nhau có độ ổn định khác nhau giữa cực dương và cực âm. Họ đã ngăn chặn các đuôi gai phát triển trước khi chúng gây ra thiệt hại thông qua các thiết kế vật liệu và cấu trúc mới lạ. Do đó, thiết bị có thể duy trì hiệu suất cao trong suốt thời gian sử dụng lâu dài.
Pin được thiết kế như thế nào Chúng ta có thể coi pin như một chiếc bánh sandwich. Đầu tiên là bánh mì: cực dương kim loại lithium, sau đó là rau diếp: lớp phủ than chì, tiếp theo là một lớp cà chua: chất điện phân thứ nhất và một lớp thịt xông khói: chất điện phân thứ hai. Sử dụng một lớp cà chua khác và mẩu bánh mì cuối cùng làm cực âm.

Chất điện phân đầu tiên (tên hóa học Li_5.5PS_4.5Cl_1.5 hoặc LPSCI) ổn định hơn với lithium nhưng dễ bị dendrite xâm nhập. Chất điện phân thứ hai (Li_10Ge_1P_2S_12 hoặc LGPS) kém ổn định hơn đối với lithium nhưng không bị ảnh hưởng bởi đuôi gai. Trong thiết kế này, sợi nhánh có thể phát triển xuyên qua than chì và chất điện phân thứ nhất, nhưng sẽ ngừng phát triển khi chúng đến chất điện phân thứ hai. Nói cách khác, đuôi gai phát triển trong rau diếp và cà chua, nhưng dừng lại ở thịt xông khói. Hàng rào Bacon ngăn các sợi nhánh đi qua tế bào.

Li Xin cho biết: "Nếu bạn muốn điện khí hóa ô tô của mình, thì pin thể rắn là lựa chọn phù hợp. Chúng tôi đang bắt đầu thương mại hóa công nghệ này vì chúng tôi tin rằng công nghệ này là duy nhất so với các loại pin thể rắn khác. Chúng tôi đã có trong phòng thí nghiệm điều kiện, pin đã đạt được 5000 đến 10000 chu kỳ sạc trong suốt vòng đời của nó và loại pin tốt nhất trong loại pin này chỉ có thể đạt được 2000 đến 3000 chu kỳ sạc. Và công nghệ pin của chúng tôi không mở rộng theo bất kỳ giới hạn cơ bản nào. Điều này có thể thay đổi toàn bộ ngành công nghiệp pin.”