Một thiết kế đột phá pin xe điện cho phép thời gian sạc 10 phút cho một loại pin EV điển hình. Sự kết hợp phá kỷ lục thời gian sạc ngắn và năng lượng thu được nhiều hơn cho phạm vi di chuyển dài hơn được công bố ngày 12/10 trên tạp chí Nature.

Chao-Yang Wang, GS Kỹ thuật Cơ khí William E. Diefenderfer tại trường Đại học Bang Pennsylvania, Mỹ, tác giả chính của công trình nghiên cứu cho biết: “Nhu cầu về pin nhỏ hơn, sạc nhanh hơn tiếp tục gia tăng. Vấn đề đơn giản là không có đủ pin và nguyên liệu thô quan trọng, đặc biệt là những sản phẩm được sản xuất trong nước để đáp ứng nhu cầu thị trường."

Tháng 8/2022, Ban Tài nguyên Không khí California thông qua một kế hoạch sâu rộng nhằm hạn chế và cuối cùng là cấm bán ô tô chạy bằng nhiên liệu hóa thach trong tiểu bang. Đến năm 2035, thị trường ô tô lớn nhất Mỹ sẽ ngừng sử dụng các phương tiện cơ giới động cơ đốt.

GS Wang giải thích, nếu doanh số bán ô tô mới chuyển sang xe điện chạy bằng pin (EV) thì điều kiện cần thiết phải khắc phục 2 nhược điểm lớn: thời gian sạc lại quá chậm và kích thước quá lớn để hoạt động hiệu quả và giá cả phải chăng. Thay vì mất một vài phút tại máy bơm xăng, tùy thuộc vào loại pin, xe điện có thể mất cả ngày để sạc lại.

GS Wang nói: “Công nghệ sạc nhanh của chúng tôi hoạt động với hầu hết các loại pin tiêu tốn nhiều năng lượng, mở ra một khả năng mới giảm điện năng của pin xe điện từ 150 kWh xuống 50 kWh mà không khiến người lái xe cảm thấy lo lắng.

Phòng thí nghiệm của GS Wang đang hợp tác với công ty khởi nghiệp EC Power có trụ sở tại State College để phát triển công nghệ sạc nhanh và dung lượng lớn. Theo ông, các loại pin nhỏ hơn, sạc nhanh hơn sẽ cắt giảm đáng kể chi phí pin và giảm sử dụng những nguyên liệu thô quan trọng như coban, than chì và lithium, cho phép áp dụng cho hàng loạt xe điện với giá cả phải chăng."

Wang giải thích, công nghệ này dựa trên điều biến nhiệt bên trong pin, một phương pháp chủ động để kiểm soát nhiệt độ nhằm đạt được hiệu suất tốt nhất có thể của pin.

Pin hoạt động hiệu quả nhất khi tăng nhiệt, nhưng không quá nóng. Giữ pin luôn ổn định ở nhiệt độ thích hợp là thách thức lớn đối với các kỹ sư chế tạo pin. Trước đây, các kỹ sử sử dụng các hệ thống sưởi và làm mát bên ngoài, cồng kềnh để điều chỉnh nhiệt độ của pin nhưng phản hồi chậm với sự biến thiên nhiệt độ và lãng phí nhiều năng lượng.

GS Wang và nhóm nghiên cứu quyết định điều chỉnh nhiệt độ từ bên trong pin. Các nhà nghiên cứu đã phát triển một cấu trúc pin mới. bổ sung một lá niken siêu mỏng làm thành phần thứ tư bên cạnh anode, chất điện phân và cathode. Hoạt động như một chất kích thích, lá niken tự điều chỉnh nhiệt độ và khả năng phản ứng của pin, cho phép sạc nhanh trong 10 phút đối với bất kỳ loại pin EV nào.

Các nhà nghiên cứu viết: “Pin sạc nhanh thực sự sẽ có tác động tức thì. "Vì không có đủ khoáng chất thô để mỗi chiếc ô tô động cơ đốt trong được thay thế bằng một chiếc xe điện (EV) trang bị pin có điện năng 150 kWh, nên sạc nhanh là điều bắt buộc để những chiếc EV trở thành xu hướng sử dụng chủ đạo."

 Tổ hợp pin điện sạc nhanh 10 phút cho xe EV, hộp đen chứa hệ thống module điều khiển pin. Ảnh EC Power

Đối tác của công trình nghiên cứu, công ty khởi nghiệp EC Power đang làm việc để tổ chức sản xuất và thương mại hóa loại pin sạc nhanh cho một tương lai bền vững và giá cả phải chăng, hướng tới điện khí hóa hoàn toàn các phương tiện cơ động vận tải, GS Wang cho biết.

Các đồng tác giả khác trong nghiên cứu là Teng Liu, Xiao-Guang Yang, Shanhai Ge và Yongjun Leng của Penn State và Nathaniel Stanley, Eric Rountree và Brian McCarthy của EC Power.