Các nhà khoa học tại Đại học Oxford (Anh) đã phát triển một kỹ thuật mới giúp quan sát rõ một thành phần thiết yếu nhưng lâu nay rất khó phát hiện bên trong điện cực pin lithium-ion. Phát hiện này, được công bố trên tạp chí Nature Communications, có thể giúp cải thiện hiệu quả sản xuất điện cực và kéo dài tuổi thọ pin.

Nghiên cứu tập trung vào các chất kết dính polymer trong điện cực âm của pin lithium-ion. Dù chỉ chiếm chưa tới 5% khối lượng điện cực, các chất này lại đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cấu trúc điện cực, ảnh hưởng trực tiếp tới độ bền cơ học, khả năng dẫn điện, dẫn ion và tuổi thọ pin. Tuy nhiên, do hàm lượng nhỏ và khó nhận diện, sự phân bố của chúng trong điện cực gần như không thể quan sát hay kiểm soát chính xác - trở thành rào cản lớn đối với việc cải thiện hiệu năng pin.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu do Tiến sỹ Stanislaw Zankowski thuộc Khoa Vật liệu dẫn đầu đã phát triển một kỹ thuật nhuộm mới. Nhóm sử dụng các nguyên tố đánh dấu bạc và brom để gắn nhãn cho các chất kết dính có nguồn gốc từ cellulose và latex trong điện cực âm. Các dấu hiệu này tạo ra tín hiệu tia X có thể nhận diện bằng phổ tán xạ năng lượng tia X hoặc tạo độ tương phản trong kỹ thuật chụp ảnh điện tử tán xạ ngược chọn lọc theo năng lượng.

Nhờ kỹ thuật này, các nhà nghiên cứu có thể xác định chính xác sự hiện diện và phân bố của chất kết dính ở cấp độ nguyên tố, đồng thời quan sát rõ cấu trúc bề mặt điện cực ở quy mô nano. Họ cũng phát hiện lớp phủ chất kết dính carboxymethyl cellulose (CMC) - vốn được kỳ vọng bao phủ đồng đều - thường bị tách thành các mảng rời rạc trong quá trình gia công điện cực, từ đó ảnh hưởng tới hiệu năng và độ ổn định của pin.

Chỉ bằng việc điều chỉnh quy trình trộn và sấy hỗn hợp, nhóm nghiên cứu đã giảm điện trở ion nội bộ trong các điện cực thử nghiệm tới 40%. Đây là một bước tiến đáng chú ý bởi điện trở ion nội bộ cao là một trong những rào cản lớn đối với khả năng sạc nhanh của pin lithium-ion.

Theo Giáo sư Patrick Grant, đồng tác giả nghiên cứu, đây là nỗ lực đa ngành kết hợp hóa học, kính hiển vi điện tử, thử nghiệm điện hóa và mô hình hóa nhằm tạo ra một phương pháp chụp ảnh mới giúp hiểu rõ hơn các quá trình bề mặt ảnh hưởng tới tuổi thọ và hiệu năng pin.

Nghiên cứu đã thu hút sự quan tâm mạnh mẽ từ ngành công nghiệp, bao gồm các nhà sản xuất pin lớn và các công ty xe điện, hứa hẹn thúc đẩy tiến bộ trên nhiều dòng ứng dụng pin khác nhau.

N.P.A (NASTIS), theo University of Oxford