Pin LMR 40Ah giữ 92,2% dung lượng sau 883 chu kỳ sạc

LG Energy Solution(373220) và Đại học Quốc gia Seoul (Seoul National University) vừa xác định được điều kiện vận hành giúp tăng độ ổn định cho cell pin cỡ lớn sử dụng vật liệu lithium mangan giàu (LMR). Cell dung lượng 40Ah vẫn giữ được 92,2% năng lượng ban đầu sau 883 lần sạc, xả.

LG Energy Solution cho biết ngày 7 rằng công ty đã hợp tác với nhóm nghiên cứu của giáo sư Lim Jong-woo (Lim Jong Woo), khoa Hóa học Đại học Quốc gia Seoul, và đạt được kết quả giúp tăng khả năng ứng dụng pin LMR cho cell cỡ lớn dùng trên xe điện. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí khoa học quốc tế Nature Communications.

LMR là vật liệu cực dương thế hệ mới, sử dụng mangan làm nguyên liệu chính. Vật liệu này không chỉ khai thác năng lượng từ các kim loại chuyển tiếp như niken, mangan mà còn tận dụng cả oxy bên trong cấu trúc vật liệu, nhờ đó đạt mật độ năng lượng cao.

Tuy nhiên nếu oxy bị oxy hóa trong quá trình sạc không phục hồi đầy đủ khi xả, cấu trúc bên trong pin có thể bị hư hại và sinh khí. Với cell cỡ lớn dùng cho xe điện, không gian dự trữ bên trong hạn chế nên vấn đề này dễ dẫn đến tăng áp suất nội bộ và suy giảm hiệu suất.

Nhóm nghiên cứu chung phát hiện biến số chi phối khả năng phục hồi oxy không chỉ nằm ở điện áp giới hạn trên khi sạc, mà còn ở điện áp giới hạn dưới khi xả. Khi hạ điện áp giới hạn trên khi sạc từ 4,6V xuống 4,3V, tỷ lệ khử oxy đã oxy hóa tăng từ 86% lên 97%.

Nhóm nghiên cứu cũng xác nhận hiện tượng oxy gần như trở về trạng thái ban đầu khi xả đến 2,0V thay vì mức 3,0V thông thường. Điều này cho thấy cần điều chỉnh đồng thời khoảng điện áp sạc và xả để tăng tính thuận nghịch của phản ứng oxy.

Dựa trên phát hiện này, nhóm nghiên cứu của LG Energy Solution đã thiết kế lại khoảng điện áp vận hành và điều kiện quy trình kích hoạt cho cell LMR cỡ lớn dung lượng 40Ah. Ở giai đoạn kích hoạt, công ty áp dụng quy trình hạ nhiệt độ, giúp giảm hiện tượng sinh khí vốn thường xuất hiện ở cell cỡ lớn.

Bài báo trên Nature Communications đề xuất khoảng điện áp tối ưu là 4,3~2,0V. Theo bài báo, ở điều kiện này phản ứng oxy hóa khử của oxy diễn ra trong phạm vi thuận nghịch hơn, đồng thời hạn chế được hiện tượng sinh khí và suy thoái cấu trúc.

Cũng theo bài báo, cell 40Ah sử dụng vật liệu LMR có hàm lượng coban 0,27% khối lượng đạt năng lượng riêng 663Wh/kg tính theo khối lượng vật liệu hoạt tính cực dương, và giữ được 92,2% năng lượng sau 883 chu kỳ. Điểm mấu chốt của nghiên cứu lần này là tỷ lệ duy trì hiệu suất được xác nhận trên cell cỡ lớn hướng tới ứng dụng xe điện, chứ không phải trên cell thử nghiệm quy mô nhỏ.

Giáo sư Lim Jong-woo, khoa Hóa học Đại học Quốc gia Seoul, nói: "Nghiên cứu lần này lý giải nguyên nhân suy thoái của pin LMR từ góc độ tính thuận nghịch của oxy, đồng thời cho thấy chỉ riêng việc thiết kế quy trình điện hóa cũng có thể cải thiện độ ổn định của cell." Điều này có nghĩa là không chỉ bản thân vật liệu, mà cách thiết kế điều kiện sạc, xả cũng ảnh hưởng đến độ ổn định của cell cỡ lớn.

Đại diện LG Energy Solution cho biết: "Nghiên cứu lần này đã hạn chế hiệu quả hiện tượng sinh khí, vốn là bài toán lớn của pin LMR, qua đó cho thấy khả năng đảm bảo tuổi thọ ổn định ngay cả với cell cỡ lớn." Công ty cho biết thêm rằng thành quả này có thể trở thành nền tảng cho việc phát triển pin LMR thế hệ tiếp theo.

Trong ngành pin, việc đồng thời đáp ứng mật độ năng lượng, độ an toàn và chi phí cho cell dùng trên xe điện vẫn được xem là bài toán trọng tâm. Vật liệu dòng LMR với tỷ trọng mangan cao hướng đến mục tiêu này, nhưng việc ứng dụng vào sản phẩm thực tế và điều kiện sản xuất hàng loạt vẫn cần được kiểm chứng thêm ở các bước tiếp theo.