Dendrite trong pin lithium: tăng trưởng bất ngờ trong điện phân

[AI Crazy]

Các nhà nghiên cứu phát hiện các cấu trúc kim nhọn lithium (dendrite) có thể mọc trực tiếp bên trong điện phân polymer, không chỉ ở bề mặt điện cực. Phát hiện này được quan sát bằng kỹ thuật tia X độ phân giải cao khi pin hoạt động, đặt ra thách thức mới cho an toàn và tuổi thọ pin.

Pin lithium kim loại được đánh giá cao về mật độ năng lượng, nhưng bị cản trở bởi hiện tượng dendrite — những sợi kim nhọn của lithium có thể chọc thủng điện phân và gây chập mạch nguy hiểm.

Phát hiện chính​

Các kết quả cho thấy dendrite không chỉ xuất hiện tại giao diện giữa điện cực và điện phân mà còn có thể kết tinh ngay trong khối điện phân polymer — tức là bên trong vật liệu vốn được cho là để ngăn chặn sự phát triển của chúng. Phát hiện này làm lung lay giả định phổ biến trong nghiên cứu pin rằng điện phân rắn hay polymer luôn ngăn chặn được sự hình thành dendrite.

Phương pháp quan sát​

Nhóm nghiên cứu từ Technical University of Munich đã dùng thử nghiệm nanofocus WAXS (wide-angle X-ray scattering) operando tại trung tâm DESY ở Hamburg. Với chùm tia X chỉ rộng 350 nanomet, họ quan sát được các thay đổi vi mô trong điện phân polymer khi pin đang hoạt động, nhờ một cell mini đặc chế cho phép đo trong điều kiện thực tế.

Ý nghĩa và hệ quả​

Phát hiện này nghĩa là các điện phân polymer cần được thiết kế lại để ngăn chặn quá trình kết tinh cục bộ bên trong vật liệu. Nếu không kiểm soát được hiện tượng nội sinh này, pin lithium kim loại vẫn tiềm ẩn rủi ro chập mạch, giảm độ bền và an toàn. Kiến thức mới giúp các nhà vật liệu phát triển các cấu trúc và thành phần hóa học hạn chế tinh thể hóa trong khối, từ đó nâng cao hiệu suất, tuổi thọ và độ an toàn của pin.

Nguồn nghiên cứu​

Nghiên cứu: Fabian A. C. Apfelbeck et al., "Local crystallization inside the polymer electrolyte for lithium metal batteries observed by operando nanofocus WAXS", Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64736-w

Nguồn: https://techxplore.com/news/2025-11-dangerous-short-circuits-lithium-batteries.html