Nhóm khoa học đến từ Đại học Texas tại Austin, Đại học Stanford và Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne phát hiện hiện tượng thoái hóa cơ – hóa học (chemomechanical degradation) là thủ phạm khiến pin xuống cấp sau thời gian sử dụng. Đây là lần đầu tiên cơ chế này được chứng minh rõ ràng.
Bằng công nghệ chụp ảnh vật liệu tiên tiến, các nhà nghiên cứu quan sát thấy các thành phần trong pin liên tục co giãn theo từng chu kỳ sạc – xả, tương tự “nhịp thở”. Tuy nhiên, khác với phổi con người, vật liệu pin không đàn hồi. Mỗi lần co giãn, cấu trúc điện cực bị biến dạng một chút và tích tụ theo thời gian.
Phát hiện quan trọng nhất là quá trình “thác căng thẳng” (strain cascades) khi một hạt điện cực bị biến dạng sẽ gây áp lực lên các hạt lân cận, tạo ra phản ứng dây chuyền lan rộng trong toàn bộ khối pin. Áp lực tích tụ khiến các điện cực hình thành vô số vết nứt li ti, làm giảm khả năng dẫn điện và tích trữ năng lượng.
Việc xác định chính xác cơ chế và vị trí vết nứt xuất hiện được xem là nền tảng để cải tiến thiết kế pin. Trước đây, các mẫu pin mới chủ yếu được phát triển theo phương pháp thử – sai; còn hiện tại, hiểu biết về hành vi cơ học bên trong pin sẽ giúp các nhà sản xuất chế tạo điện cực có sức bền cao hơn, chống chịu biến dạng tốt hơn qua hàng nghìn chu kỳ.
“Đây là bước đi quyết định để vượt qua giới hạn công nghệ pin hiện nay”, Phó giáo sư Yijin Liu khẳng định.
Theo các chuyên gia, hiểu rõ cách pin xuống cấp không chỉ giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị điện tử mà còn có ý nghĩa lớn đối với ngành xe điện. Việc kiểm soát “thác căng thẳng” sẽ mở đường cho thế hệ pin sạc nhanh, bền bỉ trong nhiều năm vận hành, góp phần thúc đẩy chuyển đổi năng lượng sạch trên toàn cầu.
