LG Energy Solution ngày 7/9 cho biết hãng đã phối hợp với Đại học Quốc gia Seoul tìm ra hướng khắc phục một trong những trở ngại lớn nhất đối với việc thương mại hóa pin LMR thế hệ mới: hiện tượng phát sinh khí ở cell dung lượng lớn dùng cho xe điện.

Nghiên cứu được thực hiện cùng nhóm của Giáo sư Lim Jong-woo thuộc Khoa Hóa học, Đại học Quốc gia Seoul, với mục tiêu nâng khả năng ứng dụng của cell LMR dung lượng lớn trong xe điện.

LMR là vật liệu catốt thế hệ mới sử dụng mangan giá rẻ làm thành phần chính và không cần coban, nhờ đó giúp hạ chi phí nguyên liệu. Loại vật liệu này có thể huy động đồng thời phản ứng của kim loại chuyển tiếp và oxy trong cấu trúc để lưu trữ năng lượng, từ đó đạt mật độ năng lượng cao.

Tuy nhiên, nếu oxy bị oxy hóa trong quá trình sạc không được khôi phục đầy đủ khi xả, cấu trúc bên trong vật liệu có thể bị suy giảm và phát sinh khí. Với cell dung lượng lớn dùng cho xe điện, nơi không gian bên trong bị giới hạn, hiện tượng này làm tăng áp suất và kéo giảm hiệu năng, trở thành trở ngại lớn trong quá trình thương mại hóa pin LMR.

Theo LG Energy Solution, nhóm nghiên cứu đã phân tích chi tiết phản ứng oxy hóa - khử của oxy dưới các điều kiện sạc - xả khác nhau. Kết quả cho thấy yếu tố then chốt quyết định khả năng khôi phục của oxy không chỉ nằm ở ngưỡng điện áp sạc tối đa, mà còn ở mức điện áp xả cuối.

Cụ thể, khi hạ điện áp sạc tối đa từ 4,6V xuống 4,3V, tỷ lệ khử của oxy đã bị oxy hóa tăng từ 86% lên 97%. Khi xả xuống 2,0V thay vì 3,0V như trước, nhóm nghiên cứu cũng xác nhận oxy gần như trở lại trạng thái ban đầu.

Dựa trên kết quả này, bộ phận R&D của LG Energy Solution đã thiết kế lại dải điện áp vận hành và điều kiện hoạt hóa cho cell LMR 40Ah. Công ty đồng thời áp dụng quy trình hạ nhiệt độ ở giai đoạn hoạt hóa nhằm hạn chế phát sinh khí, hiện tượng thường gặp ở cell dung lượng lớn.

Sau khi tối ưu điều kiện vận hành, cell LMR 40Ah vẫn duy trì 92,2% dung lượng ban đầu sau 883 chu kỳ sạc - xả. Theo công ty, kết quả này cho thấy khả năng thương mại hóa vật liệu LMR đã được chứng minh ở cấp độ cell dung lượng lớn có thể lắp trên xe điện, không còn giới hạn ở cell nhỏ.

Giáo sư Lim Jong-woo cho biết nghiên cứu đã làm rõ nguyên nhân suy giảm của pin LMR xét theo khả năng khôi phục của oxy, đồng thời cho thấy độ ổn định của cell có thể được cải thiện chỉ thông qua thiết kế giao thức điện hóa. Ông nhấn mạnh rằng để bảo đảm độ ổn định dài hạn của pin LMR, cần xem xét đồng thời cả điều kiện sạc lẫn điều kiện xả.

Đại diện LG Energy Solution cho biết nghiên cứu đã ức chế hiệu quả hiện tượng phát sinh khí, qua đó chứng minh có thể bảo đảm tuổi thọ ổn định ngay cả với cell dung lượng lớn. Theo doanh nghiệp, đây là nền tảng để tăng tốc hiện diện trên thị trường pin LMR thế hệ mới.

Kết quả nghiên cứu đã được đăng trên tạp chí khoa học quốc tế Nature Communications.