Trong khi pin lithium-ion vẫn đang chiếm ưu thế trên thị trường, một nhóm nghiên cứu tại Singapore vừa công bố một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng: phát triển thành công pin kẽm-ion có hiệu suất lên tới 99,8%, vận hành bền bỉ trong hơn 4.300 giờ và qua 1.400 chu kỳ sạc xả mà không suy giảm đáng kể.
Tiến sĩ Edison Huixiang Ang - người dẫn đầu nghiên cứu để cải tiến pin kẽm-ion.
Người dẫn đầu nghiên cứu là Tiến sĩ Edison Huixiang Ang, hiện là trợ lý giáo sư tại Viện Giáo dục Quốc gia thuộc Đại học Công nghệ Nanyang (NIE/NTU). Ông và cộng sự đã sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy để giải quyết một trong những vấn đề nan giải nhất của công nghệ pin kẽm-ion: hiện tượng hình thành các nhánh tinh thể kim loại (dendrite), vốn có thể gây đoản mạch và rút ngắn tuổi thọ pin.
AI giúp đẩy nhanh quá trình nghiên cứu vật liệu
Thay vì mất nhiều năm với các phương pháp thử sai truyền thống, nhóm nghiên cứu đã để AI phân tích hơn 168.000 tổ hợp vật liệu nhằm tìm ra giải pháp tối ưu. Kết quả là một lớp vật liệu mới dạng khung cơ - kim (MOF) có cấu tạo từ cerium và sắt, có khả năng ngăn chặn dendrite hình thành trong quá trình sạc.
Lớp MOF này không chỉ cải thiện tính ổn định và an toàn của pin mà còn kéo dài đáng kể tuổi thọ sản phẩm. Theo kết quả thử nghiệm, thiết kế mới đã giúp pin duy trì hiệu suất gần như tối đa (99,8%) sau hơn 1.400 chu kỳ sử dụng - một con số vượt xa các công nghệ pin hiện tại.
"Trong bối cảnh năng lượng tái tạo ngày càng phổ biến, nhu cầu về hệ thống lưu trữ năng lượng bền vững và đáng tin cậy trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết," ông Ang chia sẻ. "Chúng tôi muốn tạo ra những viên pin sạc lâu hơn, nhanh hơn và thân thiện với môi trường hơn, góp phần đưa các giải pháp năng lượng sạch đến gần hơn với đời sống."
Không chỉ là bước tiến cho pin kẽm-ion
Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng công trình này không chỉ có giá trị với pin kẽm-ion mà còn mở ra triển vọng lớn hơn cho lĩnh vực lưu trữ năng lượng nói chung — từ thiết bị điện tử tiêu dùng, xe điện cho đến các hệ thống lưu trữ quy mô lớn.
Theo Tiến sĩ Ang, chính việc tích hợp AI vào nghiên cứu vật liệu truyền thống là yếu tố làm nên sự khác biệt. AI đã giúp mô phỏng và dự đoán hành vi vật liệu với tốc độ nhanh hơn nhiều so với thử nghiệm thủ công, đồng thời phát hiện ra các tổ hợp vật liệu từng bị bỏ qua do độ phức tạp quá cao.
Pin kẽm-ion có thể là bước tiến mới trong việc tạo ra các hệ thống lưu trữ điện cỡ lớn.
"AI không chỉ là một công cụ, mà là chìa khóa mở ra những khả năng tưởng như không giới hạn," ông nói thêm. "Nó cho phép chúng tôi đổi mới nhanh chóng và tạo ra các giải pháp có thể thay đổi thế giới."
Tiềm năng ứng dụng vào xe điện và thiết bị di động
Dù nghiên cứu hiện tại chưa áp dụng trực tiếp lên sản phẩm thương mại, nhưng những kết quả đạt được đã mở ra triển vọng lớn cho việc sử dụng pin kẽm-ion trong các thiết bị cần mật độ năng lượng cao như smartphone và xe điện. Với khả năng duy trì hiệu suất 99,8% qua hơn 1.400 chu kỳ sạc xả và thời gian vận hành lên đến 4.300 giờ, công nghệ này hứa hẹn sẽ giúp điện thoại hoạt động lâu hơn, ít chai pin hơn và an toàn hơn nhờ cấu trúc không dễ cháy nổ như pin lithium-ion.
Pin kẽm-ion mới có tiềm năng lớn để áp dụng lên xe điện và các thiết bị di động trong tương lai.
Trong lĩnh vực xe điện, nếu các rào cản hiện tại như mật độ năng lượng và dòng xả cao được tiếp tục khắc phục, pin kẽm-ion có thể trở thành một lựa chọn thay thế bền vững hơn — vừa giảm chi phí sản xuất, vừa thân thiện với môi trường hơn. Khi đó, người dùng sẽ được hưởng lợi từ những chiếc xe điện an toàn hơn, pin bền hơn và tổng chi phí sử dụng thấp hơn trong suốt vòng đời sản phẩm.
Link bài gốc
