Tin thị trường và sản phẩm

Bảo Hiền tổng hợp

Các nhà khoa học Hàn Quốc ứng dụng kỹ thuật chế tạo chip bán dẫn để tạo cấu trúc ống nano trên lá đồng, giúp lithi phân bố đồng đều hơn, hạn chế hình thành sợi nhánh gây hỏng pin. Công nghệ mở ra hướng phát triển pin không cực âm có mật độ năng lượng cao mà không cần tăng khối lượng vật liệu.

Nhóm nghiên cứu do GS. Jinwoo Lee và GS. Hee-Tae Jung thuộc Khoa Kỹ thuật Hóa học và Phân tử Sinh học, Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST), dẫn đầu, phối hợp với Đại học Quốc gia Kyungpook và Trung tâm NanoFab Quốc gia. Kết quả được công bố trực tuyến trên tạp chí Advanced Functional Materials ngày 1/9/2026 và được KAIST giới thiệu ngày 22/9.

Tạo cấu trúc nano trên lá đồng bằng công nghệ bán dẫn

Khác với pin lithi-ion thông thường sử dụng graphite làm vật liệu cực âm để lưu trữ ion lithi, pin không cực âm (anode-free) loại bỏ hoàn toàn lớp vật liệu này. Khi sạc, lithi từ cực dương di chuyển và lắng đọng trực tiếp lên lá đồng, vốn chỉ đóng vai trò thu dòng điện.

Thiết kế giúp giảm lượng vật liệu sử dụng, tạo điều kiện tăng mật độ năng lượng trên cùng khối lượng và thể tích pin. Theo nghiên cứu trước đó của nhóm GS. Lee, pin không cực âm có thể đạt mật độ năng lượng cao hơn 30-50% so với pin lithi-ion thông thường, đồng thời đơn giản hóa quy trình sản xuất.

Tuy nhiên, việc kiểm soát quá trình lắng đọng lithi vẫn là thách thức lớn. Trên bề mặt đồng phẳng, lithi thường tập trung tại một số vị trí, dần hình thành các cấu trúc dạng kim gọi là dendrite. Những sợi nhánh này không chỉ làm suy giảm dung lượng qua các chu kỳ sạc xả mà còn có thể xuyên qua lớp ngăn cách, gây đoản mạch.

Các giải pháp trước đây chủ yếu bổ sung lithi dư hoặc phủ thêm lớp bảo vệ lên điện cực. Dù cải thiện độ ổn định, những biện pháp này lại làm tăng khối lượng và thể tích pin, phần nào triệt tiêu lợi thế của thiết kế không cực âm.

Để giải quyết vấn đề, nhóm KAIST chuyển hướng sang cải tiến cấu trúc bề mặt lá đồng bằng kỹ thuật chế tạo bán dẫn.

Sử dụng phương pháp in thạch bản phún xạ thứ cấp (secondary sputtering lithography), các nhà khoa học tạo ra mạng lưới ống siêu nhỏ xếp đều trên bề mặt đồng. Mỗi ống có đường kính khoảng 300 nm và chiều cao 150 nm. Cấu trúc này giúp diện tích bề mặt tiếp xúc tăng khoảng bốn lần so với lá đồng phẳng, tạo thêm nhiều vị trí để lithi lắng đọng, qua đó hạn chế hiện tượng tập trung vật liệu tại một điểm.

Lớp phủ nano kiểm soát phản ứng hóa học

Bên cạnh việc thiết kế lại bề mặt, nhóm nghiên cứu phủ thêm một lớp MXene – vật liệu hai chiều có độ dày khoảng 10 nm – lên cấu trúc ống nano.

Lớp MXene đóng vai trò như một lớp trung gian điều chỉnh phản ứng tại bề mặt điện cực. Khi tiếp xúc với chất điện ly chứa muối LiPF6, vật liệu thúc đẩy hình thành lớp bảo vệ giàu lithi florua (LiF). Lớp này giúp hạn chế phản ứng phụ giữa lithi và chất điện ly, đồng thời kiểm soát sự phát triển của các sợi nhánh.

Các phương pháp phân tích hiện đại, gồm phổ quang điện tử tia X, phổ khối ion thứ cấp và kính hiển vi điện tử truyền qua, xác nhận lớp bảo vệ hình thành đồng đều trên bề mặt MXene.
Theo GS. Jinwoo Lee, nghiên cứu cho thấy kỹ thuật chế tạo chính xác vốn được phát triển cho ngành bán dẫn có thể được ứng dụng để đồng thời kiểm soát vị trí lắng đọng lithi và tạo lớp bảo vệ ổn định cho điện cực.

Ông đánh giá đây là hướng tiếp cận có tiềm năng kéo dài tuổi thọ pin mà không phải bổ sung đáng kể khối lượng hoặc thể tích vật liệu.

Hướng cải tiến tập trung vào bề mặt điện cực

Công trình mới tiếp nối hướng nghiên cứu của nhóm GS. Lee về kiểm soát phản ứng trên bề mặt điện cực. Tháng 12/2025, nhóm từng công bố trên tạp chí Joule phương pháp phủ một lớp polyme nhân tạo dày khoảng 15 nm lên điện cực bằng kỹ thuật lắng đọng hơi hóa học.

Cả hai nghiên cứu đều tập trung cải tiến bề mặt điện cực thay vì thay đổi thành phần chất điện ly hoặc bổ sung lithi dư. Theo nhóm nghiên cứu, cách tiếp cận này có thể tạo thuận lợi cho việc tích hợp công nghệ vào các quy trình sản xuất pin hiện có. Phương pháp phủ polyme trước đó cũng được đánh giá có khả năng triển khai trên dây chuyền cuộn liên tục.

Việc tận dụng công nghệ chế tạo bán dẫn để kiểm soát cấu trúc vật liệu ở cấp độ nano cho thấy một hướng phát triển mới trong thiết kế pin thế hệ tiếp theo. Thay vì tăng lượng vật liệu để cải thiện độ ổn định, các nhà khoa học tìm cách nâng hiệu quả hoạt động thông qua điều chỉnh chính xác bề mặt tiếp xúc và phản ứng điện hóa.

Cần thêm dữ liệu trước khi thương mại hóa

Dù có triển vọng, công nghệ vẫn cần được đánh giá thêm về hiệu năng và khả năng sản xuất quy mô lớn. Các thông tin công bố hiện chưa cung cấp đầy đủ số chu kỳ sạc xả, tỷ lệ duy trì dung lượng và mật độ năng lượng thực tế của pin thử nghiệm để xác định mức cải thiện so với thiết kế thông thường.

Chi phí cũng là vấn đề cần tính đến. Kỹ thuật in thạch bản có độ chính xác cao nhưng thường đòi hỏi thiết bị và quy trình phức tạp. Trong khi đó, lá đồng dùng trong pin xe điện cần được sản xuất với diện tích lớn và chi phí thấp. Khả năng duy trì cấu trúc nano đồng đều trên những bề mặt như vậy vẫn cần được kiểm chứng.

Công nghệ hiện cũng chưa được thử nghiệm trên xe điện thực tế. Vì vậy, khả năng ứng dụng thương mại sẽ phụ thuộc vào kết quả đánh giá độ bền, chi phí chế tạo và khả năng mở rộng sản xuất trong các giai đoạn tiếp theo.