Một nhóm nghiên cứu tại UNIST ở Hàn Quốc, do Giáo sư Hyeon Jeong Lee dẫn đầu, đã xác định nguyên nhân gây ra hiện tượng nứt bên trong catốt lithium niken mangan oxit (LNMO) đơn tinh thể, một thành phần quan trọng trong pin hiệu suất cao. Nghiên cứu của họ, được công bố vào ngày 11 tháng 4 năm 2025 trên tạp chí Angewandte Chemie International Edition, đưa ra giải pháp để tăng cường độ bền của pin.
Catốt đơn tinh thể, mặc dù không có ranh giới hạt gây ra hiện tượng nứt giữa các hạt, nhưng vẫn dễ bị nứt bên trong trong quá trình sạc và xả nhanh. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng sự khuếch tán ion lithium không đồng đều tạo ra ứng suất cục bộ, dẫn đến nứt khi vượt quá độ bền của tinh thể.
Các nhà nghiên cứu đã đưa magiê vào mạng tinh thể để hoạt động như một giá đỡ cấu trúc, giúp ức chế sự co lại của các đường khuếch tán ion và tăng cường khả năng di chuyển của ion lithium, giảm ứng suất bên trong. Kết quả thử nghiệm xác nhận rằng catốt đơn tinh thể pha tạp magiê cho thấy sự ổn định đáng kể và giảm sự hình thành vết nứt khi trải qua chu kỳ nhanh.
Giáo sư Lee cho biết: "Nghiên cứu này cung cấp một hiểu biết rõ ràng về các cơ chế suy thoái cơ học trong catốt đơn tinh thể." Việc tích hợp các phương pháp thực nghiệm và tính toán đã thiết lập một chiến lược thiết kế hiệu quả để tăng cường tính toàn vẹn cấu trúc của chúng, điều này rất quan trọng đối với việc thương mại hóa pin hiệu suất cao thế hệ tiếp theo.