Viện Khoa học vật liệu công bố nghiên cứu về chất điện ly rắn cho pin lithium hiệu suất cao

Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, do TS. Trần Văn Hậu và TS. Nguyễn Văn Tú dẫn dắt, vừa công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Journal of Energy Storage (Elsevier, IF 2025: 10.7) số tháng 6 năm 2026 ( xem trực tiếp tại: https://doi.org/10.1016/j.est.2026.122001 ). Công trình tập trung phát triển chất điện ly polymer composite mới, hứa hẹn nâng cao hiệu suất và độ an toàn cho pin lithium kim loại thể rắn, đặc biệt là các hệ pin cao áp.

Nghiên cứu đã tổng hợp thành công các tấm nano nitrua bo chức năng hóa bằng nhóm hydroxyl (B-OH) có độ mỏng dưới 2 nm . Điểm đột phá là các tấm nano B-OH này tạo ra một mạng lưới "liên kết hydro" mạnh mẽ với cả chuỗi polymer PEO (polyethylene oxide) và các anion TFSI- trong chất điện ly, hình thành một cấu trúc mạng giả liên kết ngang. Cấu trúc mạng này đem lại nhiều lợi ích đồng thời: cải thiện khả năng vận chuyển ion Li+ (độ dẫn ion đạt 2,44×10⁻⁴ S/cm ở 50°C), tăng khả năng vận chuyển chọn lọc ion Li+ (hệ số vận chuyển Li+ đạt 0,43), và mở rộng cửa sổ điện hóa lên đến 5,1V, vượt trội so với polymer PEO nguyên chất.

Hình 1. Nhóm nghiên cứu về pin của TS. Trần Văn Hậu và TS. Nguyễn Văn Tú.

Nhờ thiết kế này, chất điện phân PEO/B-OH1.2% tối ưu thể hiện hiệu suất điện hóa ấn tượng. Pin đối xứng Li|Li sử dụng chất điện ly mới có thể hoạt động ổn định trên 800 giờ ở mật độ dòng 0,2 mA/cm², ngăn chặn hiệu quả sự phát triển của nhánh dendrite lithium - nguyên nhân chính gây chai pin và mất an toàn.

Khi thử nghiệm trong pin hoàn chỉnh, ở nhiệt độ 50°C, pin LFP|Li đạt dung lượng khoảng 120 mAh/g sau 100 chu kỳ với hiệu suất Coulomb gần như 100%. Đặc biệt, pin NMC811|Li hoạt động ổn định ở hiệu điện thế cao 4,3V, đạt dung lượng 140 mAh/g sau 50 chu kỳ. Đây là kết quả đáng chú ý, mở ra tiềm năng ứng dụng cho các loại pin lithium công suất cao, năng lượng riêng lớn .

Hình 2. (a) Đường cong ổn định chu kỳ của các tế bào LFP|CPEs|Li. (b) Giản đồ điện áp của LFP|PEO/B-OH1.2|Li ở các tốc độ C khác nhau tại 50 °C trong khoảng điện áp 2,5–4,0 V. (c) Đường cong ổn định chu kỳ và (d) giản đồ điện áp của LFP|PEO/B-OH1.2|Li ở tốc độ 0,5C tại 50 °C.

Kết quả này khẳng định chiến lược kết hợp giữa gia cường cấu trúc và cố định anion thông qua liên kết hydro là một hướng tiếp cận đầy hứa hẹn để phát triển chất điện phân rắn cho các hệ pin lithium kim loại thế hệ mới, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về năng lượng và độ an toàn.

Hiện nay hướng nghiên cứu về pin của Viện Khoa học vật liệu được trang bị cơ sở vật chất hiện đại, với các thiết bị chế tạo và đánh giá vật liệu, điện cực và lắp ráp pin như hệ CVD nhiệt, lò ủ nhiệt độ cao, thiết bị trộn trọng lực, máy in 3D (hồ in), tủ sấy chân không, glovebox, máy đóng pin đồng xu, máy cắt điện, thiết bị đo sạc/xả pin đồng xu, thiết bị đo sạc/xả pin túi, thiết bị đo CV, EIS …

Nghiên cứu này được tài trợ bởi Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (mã số NCXS02.03/24-25).