Bỉ Ngạn Hoa
Moderator
Theo một nghiên cứu của Trung tâm pin SLAC-Stanford do hãng Toyota tài trợ, việc sạc pin lithium-ion ở dòng điện cao ngay trước khi xuất xưởng nhanh hơn 30 lần và tăng tuổi thọ pin lên 50%.
Lần sạc đầu tiên của pin lithium-ion quan trọng hơn bạn nghĩ. Nó quyết định pin sẽ hoạt động tốt như thế nào và trong bao lâu kể từ đó. Cụ thể là pin có thể xử lý được bao nhiêu chu kỳ sạc và xả trước khi bị hỏng.
Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí chuyên về pin Joule, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm pin SLAC-Stanford báo cáo rằng việc sạc pin lần đầu tiên ở dòng điện cao bất thường đã tăng tuổi thọ trung bình của pin lên 50% trong khi giảm thời gian sạc ban đầu từ 10 giờ xuống chỉ còn 20 phút.
Quan trọng không kém, các nhà nghiên cứu đã có thể sử dụng học máy (machine learning) để xác định chính xác những thay đổi cụ thể ở điện cực pin, nguyên nhân dẫn đến sự gia tăng tuổi thọ và hiệu suất này. Đây được xem là những thông tin vô giá đối với các nhà sản xuất pin đang tìm cách hợp lý hóa quy trình và cải thiện sản phẩm của mình.
Nghiên cứu được thực hiện bởi nhóm SLAC/Stanford do Giáo sư Will Chueh đứng đầu, hợp tác với các nhà nghiên cứu từ Viện nghiên cứu Toyota (TRI), Viện công nghệ Massachusetts và Đại học Washington. Toyota là nhà tài trợ cho nghiên cứu.
Steven Torrisi, một nhà khoa học nghiên cứu cấp cao tại TRI, cho biết các kết quả có ý nghĩa thực tế đối với việc sản xuất không chỉ pin lithium-ion cho xe điện và lưới điện mà còn cho các công nghệ khác.
"Nghiên cứu này rất thú vị đối với chúng tôi", Steven Torrisi nói. “Sản xuất pin cực kỳ tốn kém về vốn, năng lượng và thời gian. Phải mất nhiều thời gian để khởi động sản xuất một loại pin mới và thực sự khó để tối ưu hóa quy trình sản xuất vì có quá nhiều yếu tố liên quan”.
Steven Torrisi cho biết kết quả của nghiên cứu này “chứng minh một phương pháp tiếp cận tổng quát để hiểu và tối ưu hóa bước quan trọng này trong sản xuất pin. Hơn nữa, chúng ta có thể chuyển những gì đã học được sang các quy trình, cơ sở, thiết bị và hóa chất pin mới trong tương lai”.
Để hiểu những gì xảy ra trong chu kỳ đầu tiên của pin, nhóm của Will Chueh đã chế tạo các ô túi trong đó các điện cực dương và âm được bao quanh bởi dung dịch điện phân, nơi các ion lithium di chuyển tự do.
Khi pin sạc, các ion lithium chảy vào điện cực âm để lưu trữ. Khi pin xả, chúng chảy ngược ra ngoài và di chuyển đến điện cực dương; điều này kích hoạt một luồng electron để cấp nguồn cho các thiết bị, từ ô tô điện đến lưới điện.
Xiao Cui, nhà nghiên cứu chính của nhóm tin học pin tại phòng thí nghiệm của Will Chueh, cho biết điện cực dương của pin mới được đúc chứa 100% lithium. Mỗi khi pin trải qua chu kỳ sạc-xả, một số lithium sẽ bị vô hiệu hóa. Giảm thiểu những tổn thất đó sẽ kéo dài tuổi thọ hoạt động của pin.
Thật kỳ lạ, một cách để giảm thiểu tổn thất lithium tổng thể là cố tình làm mất một tỷ lệ lớn nguồn cung cấp lithium ban đầu trong lần sạc đầu tiên của pin, Xiao Cui cho biết. Giống như thực hiện một khoản đầu tư nhỏ mang lại lợi nhuận tốt sau này.
Sự mất mát lithium trong chu kỳ đầu tiên này không phải là vô ích. Lithium bị mất trở thành một phần của lớp nhão được gọi là pha điện phân rắn (SEI) hình thành trên bề mặt của điện cực âm trong lần sạc đầu tiên. Đổi lại, SEI bảo vệ điện cực âm khỏi các phản ứng phụ sẽ đẩy nhanh quá trình mất lithium và làm pin xuống cấp nhanh hơn theo thời gian. Việc đạt được SEI chính xác rất quan trọng đến nỗi lần sạc đầu tiên được gọi là điện tích hình thành.
Xiao Cui cho biết: “Hình thành là bước cuối cùng trong quá trình sản xuất, vì vậy nếu nó bị lỗi, mọi giá trị và công sức đầu tư vào pin cho đến thời điểm đó đều bị lãng phí”.
Các nhà sản xuất thường sạc pin mới lần đầu tiên với dòng điện thấp, theo lý thuyết thì điều này sẽ tạo ra lớp SEI mạnh mẽ nhất. Nhưng có một nhược điểm: Sạc ở dòng điện thấp tốn thời gian và tốn kém, và không nhất thiết mang lại kết quả tối ưu. Vì vậy, khi các nghiên cứu gần đây cho thấy sạc nhanh hơn với dòng điện cao hơn không làm giảm hiệu suất pin, thì đó là một tin tức thú vị.
Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí chuyên về pin Joule, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm pin SLAC-Stanford báo cáo rằng việc sạc pin lần đầu tiên ở dòng điện cao bất thường đã tăng tuổi thọ trung bình của pin lên 50% trong khi giảm thời gian sạc ban đầu từ 10 giờ xuống chỉ còn 20 phút.
Quan trọng không kém, các nhà nghiên cứu đã có thể sử dụng học máy (machine learning) để xác định chính xác những thay đổi cụ thể ở điện cực pin, nguyên nhân dẫn đến sự gia tăng tuổi thọ và hiệu suất này. Đây được xem là những thông tin vô giá đối với các nhà sản xuất pin đang tìm cách hợp lý hóa quy trình và cải thiện sản phẩm của mình.
Nghiên cứu được thực hiện bởi nhóm SLAC/Stanford do Giáo sư Will Chueh đứng đầu, hợp tác với các nhà nghiên cứu từ Viện nghiên cứu Toyota (TRI), Viện công nghệ Massachusetts và Đại học Washington. Toyota là nhà tài trợ cho nghiên cứu.
Steven Torrisi, một nhà khoa học nghiên cứu cấp cao tại TRI, cho biết các kết quả có ý nghĩa thực tế đối với việc sản xuất không chỉ pin lithium-ion cho xe điện và lưới điện mà còn cho các công nghệ khác.
"Nghiên cứu này rất thú vị đối với chúng tôi", Steven Torrisi nói. “Sản xuất pin cực kỳ tốn kém về vốn, năng lượng và thời gian. Phải mất nhiều thời gian để khởi động sản xuất một loại pin mới và thực sự khó để tối ưu hóa quy trình sản xuất vì có quá nhiều yếu tố liên quan”.
Steven Torrisi cho biết kết quả của nghiên cứu này “chứng minh một phương pháp tiếp cận tổng quát để hiểu và tối ưu hóa bước quan trọng này trong sản xuất pin. Hơn nữa, chúng ta có thể chuyển những gì đã học được sang các quy trình, cơ sở, thiết bị và hóa chất pin mới trong tương lai”.
Để hiểu những gì xảy ra trong chu kỳ đầu tiên của pin, nhóm của Will Chueh đã chế tạo các ô túi trong đó các điện cực dương và âm được bao quanh bởi dung dịch điện phân, nơi các ion lithium di chuyển tự do.
Khi pin sạc, các ion lithium chảy vào điện cực âm để lưu trữ. Khi pin xả, chúng chảy ngược ra ngoài và di chuyển đến điện cực dương; điều này kích hoạt một luồng electron để cấp nguồn cho các thiết bị, từ ô tô điện đến lưới điện.
Xiao Cui, nhà nghiên cứu chính của nhóm tin học pin tại phòng thí nghiệm của Will Chueh, cho biết điện cực dương của pin mới được đúc chứa 100% lithium. Mỗi khi pin trải qua chu kỳ sạc-xả, một số lithium sẽ bị vô hiệu hóa. Giảm thiểu những tổn thất đó sẽ kéo dài tuổi thọ hoạt động của pin.
Thật kỳ lạ, một cách để giảm thiểu tổn thất lithium tổng thể là cố tình làm mất một tỷ lệ lớn nguồn cung cấp lithium ban đầu trong lần sạc đầu tiên của pin, Xiao Cui cho biết. Giống như thực hiện một khoản đầu tư nhỏ mang lại lợi nhuận tốt sau này.
Sự mất mát lithium trong chu kỳ đầu tiên này không phải là vô ích. Lithium bị mất trở thành một phần của lớp nhão được gọi là pha điện phân rắn (SEI) hình thành trên bề mặt của điện cực âm trong lần sạc đầu tiên. Đổi lại, SEI bảo vệ điện cực âm khỏi các phản ứng phụ sẽ đẩy nhanh quá trình mất lithium và làm pin xuống cấp nhanh hơn theo thời gian. Việc đạt được SEI chính xác rất quan trọng đến nỗi lần sạc đầu tiên được gọi là điện tích hình thành.
Xiao Cui cho biết: “Hình thành là bước cuối cùng trong quá trình sản xuất, vì vậy nếu nó bị lỗi, mọi giá trị và công sức đầu tư vào pin cho đến thời điểm đó đều bị lãng phí”.
Các nhà sản xuất thường sạc pin mới lần đầu tiên với dòng điện thấp, theo lý thuyết thì điều này sẽ tạo ra lớp SEI mạnh mẽ nhất. Nhưng có một nhược điểm: Sạc ở dòng điện thấp tốn thời gian và tốn kém, và không nhất thiết mang lại kết quả tối ưu. Vì vậy, khi các nghiên cứu gần đây cho thấy sạc nhanh hơn với dòng điện cao hơn không làm giảm hiệu suất pin, thì đó là một tin tức thú vị.
