Các nhà khoa học phát hiện mẹo đơn giản giúp kéo dài tuổi thọ pin lithium

Các nhà nghiên cứu vừa công bố một phát hiện đáng chú ý trong việc tăng tuổi thọ pin lithium — loại pin phổ biến nhất trong smartphone, laptop, xe điện và các thiết bị di động — bằng một thủ thuật rất đơn giản và dễ thực hiện. Phát hiện này có thể giúp người dùng tận dụng pin lâu hơn mà không cần thay đổi phần cứng.

Vấn đề với pin lithium hiện nay

Pin lithium-ion hiện là tiêu chuẩn cho hầu hết thiết bị điện tử tiêu dùng vì mật độ năng lượng cao và hiệu quả ổn định. Tuy nhiên, theo thời gian pin sẽ bị suy giảm hiệu năng do các phản ứng hoá học nội tại, gây ra việc giảm dung lượng sạc và tuổi thọ tổng thể. Giảm dung lượng pin khiến thiết bị cần sạc thường xuyên hơn, gây bất tiện cho người dùng.

Phát hiện mới: Tái cấu trúc điện cực bằng xung xạc

Nhóm khoa học đứng sau nghiên cứu này phát hiện rằng việc sử dụng một chuỗi “xung xạc” đặc biệt — tức là thay vì nạp điện đều đặn theo cách thông thường, pin được xạc bằng những xung dòng điện ngắn, nhịp độ được kiểm soát cẩn thận — có thể:

• Giảm sự hình thành các cấu trúc gây hại bên trong pin (như dendrite và các phân tử không ổn định),

• Giảm tác động “stress” hóa học lên điện cực,

• Ngăn ngừa sự suy giảm nhanh dung lượng sau nhiều chu kỳ sạc-xả,

• Từ đó kéo dài tuổi thọ pin so với cách xạc thông thường.

Các xung này hoạt động bằng cách điều chỉnh dòng điện nạp liên tục thành chuỗi xung nhỏ xen kẽ — tương tự như cách một số bộ sạc đặc biệt cung cấp năng lượng theo nhịp để tối ưu hoá hiệu năng — nhưng trong trường hợp này chúng được thiết kế đặc biệt nhằm giảm thiểu hao mòn hóa học bên trong pin.

Tại sao điều này quan trọng

Điểm đáng chú ý nhất của phương pháp này là tính đơn giản và khả năng ứng dụng rộng rãi:

• Không cần thay đổi vật liệu pin hoặc thành phần hoá học.

• Không cần thiết bị mới hoàn toàn, chỉ cần thay đổi cách xạc thông qua thuật toán phần mềm hoặc bộ sạc được thiết kế tương thích.

• Có thể áp dụng cho cả pin dùng trong thiết bị di động và hệ thống lưu trữ năng lượng lớn (như xe điện hay lưu trữ năng lượng tái tạo).

Nhiều công ty và nhóm nghiên cứu về pin đã từng thử nhiều giải pháp phức tạp như vật liệu điện cực mới, chất điện giải tinh vi, hoặc cấu trúc pin đột phá — nhưng mẹo đơn giản liên quan tới cách xạc này có thể sẽ được ứng dụng sớm hơn vì chi phí thực hiện thấp hơn và không cần thay đổi thiết kế pin hiện có.

Dùng mẹo này sao cho hiệu quả

Các nhà khoa học cho biết để tận dụng mẹo này:

• Bộ sạc hoặc phần mềm sạc pin cần được cấu hình hướng tới chuỗi xung dòng điện độc lập thay vì một dòng ổn định liên tục.

• Việc này có thể tích hợp trực tiếp vào các bộ sạc thông minh hiện đại, hoặc sâu hơn vào firmware của thiết bị để tự điều chỉnh xung.

• Điều quan trọng là đảm bảo xung không vượt quá giới hạn an toàn của điện cực pin, để tăng tuổi thọ mà không gây hư hại thiết bị.

Triển vọng ứng dụng trong tương lai

Nếu phương pháp được chứng thực rộng rãi và có thể chuẩn hoá, đây có thể là một bước cải tiến lớn trong việc quản lý năng lượng pin:

• Smartphone, laptop sẽ giữ pin lâu hơn sau nhiều chu kỳ sạc-xả,

• Xe điện và thiết bị lưu trữ năng lượng sẽ hoạt động hiệu quả và bền bỉ hơn trước.

• Các nhà sản xuất pin có thể tích hợp thuật toán xung này ngay trong trình quản lý pin hoặc trong bộ sạc tiêu chuẩn cho thiết bị.