Cuộc đua tìm kiếm loại pin hoàn hảo cho xe điện đang đứng trước một bước ngoặt quan trọng sau phát hiện từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne và Đại học Chicago. Từ lâu, các kỹ sư đã chuyển hướng sang sử dụng vật liệu đơn tinh thể (single-crystal) cho cực dương thay vì đa tinh thể, với hy vọng cấu trúc khối thống nhất sẽ loại bỏ hoàn toàn tình trạng nứt vỡ khi sạc và xả. Tuy nhiên, thực tế cho thấy loại pin này vẫn xuống cấp nhanh chóng, và nguyên nhân không nằm ở cấu trúc bên ngoài mà bắt nguồn từ "ứng suất nội tại" do phản ứng hóa học không đồng đều gây ra.

Dưới sự hỗ trợ của tia X synchrotron và kính hiển vi siêu phân giải, các nhà khoa học đã quan sát thấy hiện tượng các hạt đơn tinh thể tự nứt vỡ từ bên trong giống như một khối đá bị nung nóng không đều. Khi những vết nứt nội tại này xuất hiện, dung dịch điện phân sẽ rò rỉ vào trong, kích hoạt các phản ứng phụ nguy hiểm khiến pin giải phóng oxy và dẫn đến nguy cơ cháy nổ cao. Khám phá này đã vén màn lý do tại sao các quy tắc thiết kế pin cũ đã không còn hiệu quả khi áp dụng lên công nghệ vật liệu mới.

Đáng chú ý nhất, nghiên cứu này đã lật ngược hoàn toàn hiểu biết về vai trò của các nguyên tố hóa học. Trong các thế hệ pin cũ, Mangan được coi là nhân tố ổn định và Coban là tác nhân gây nứt vỡ, nhưng với pin đơn tinh thể, vai trò này đã bị đảo ngược hoàn toàn. Mangan giờ đây chính là "thủ phạm" gây hư hỏng cơ học, trong khi Coban lại đóng vai trò kéo dài tuổi thọ cho pin.

Phát hiện trên tạp chí Nature Nanotechnology không chỉ là một lời cảnh báo mà còn được xem là "bản đồ kho báu" giúp ngành công nghiệp xe điện định hình lại tương lai. Trong bối cảnh các nhà sản xuất đang nỗ lực cắt giảm Coban để giảm chi phí, họ sẽ phải đối mặt với bài toán cân bằng giữa kinh tế và an toàn kỹ thuật. Giáo sư Khalil Amine nhấn mạnh rằng niềm tin của người tiêu dùng vào độ bền và tính an toàn chính là chìa khóa then chốt để xe điện thực sự chiếm lĩnh thị trường trong những năm tới./.