Cháy nổ pin lithium-ion: Rủi ro rình rập và bước ngoặt công nghệ có thể cứu hàng triệu người

3 giờ trướcBài gốc

Tóm tắt bài viết

Ẩn / Hiện

Các nhà khoa học tại Đại học Trung Văn Hong Kong đề xuất thiết kế pin lithium-ion mới bằng cách thay đổi chất điện phân, giúp ngăn cháy nổ mà không ảnh hưởng hiệu suất.

Năm 2024, Cục Hàng không Liên bang Mỹ (FAA) ghi nhận 89 sự cố liên quan đến pin lithium-ion trên các chuyến bay, và 38 vụ trong nửa đầu năm 2025.

Một khảo sát năm 2024 của công ty bảo hiểm Aviva tại Anh cho thấy hơn một nửa trong số 500 doanh nghiệp từng gặp sự cố liên quan đến pin lithium-ion.

Trong thử nghiệm, pin mới chỉ tăng 3,5°C khi bị đâm xuyên, thay vì tăng vọt lên 555°C như pin truyền thống, và giữ hơn 80% dung lượng sau 1.000 chu kỳ sạc.

Giáo sư Yi-Chun Lu cho biết công thức mới có thể làm chi phí sản xuất tăng nhẹ, nhưng khi sản xuất lớn, giá thành sẽ gần tương đương pin hiện tại, mất 3-5 năm thương mại hóa.

Cung cấp bởi

Pin lithium-ion xuất hiện ở khắp nơi, từ điện thoại thông minh đến ô tô. Nhìn chung, chúng khá an toàn nếu được lưu trữ và sạc đúng cách. Tuy nhiên, đã có hàng nghìn trường hợp được ghi nhận pin lithium-ion bốc cháy, đôi khi gây hậu quả chết người.

Pin lithium-ion chứa các chất điện phân dễ cháy – là dung dịch lỏng gồm muối lithium hòa tan trong các dung môi hữu cơ, cho phép dòng điện di chuyển. Pin có thể trở nên mất ổn định trong một số điều kiện nhất định, chẳng hạn như bị hư hại vật lý (bị đâm xuyên), sạc quá mức, chịu nhiệt độ khắc nghiệt hoặc do lỗi trong quá trình sản xuất. Khi xảy ra sự cố, pin có thể nóng lên rất nhanh và bốc cháy, kích hoạt một chuỗi phản ứng nguy hiểm gọi là “thoát nhiệt” (thermal runaway).

Hàng không thương mại đặc biệt dễ tổn thương trước rủi ro này, do các thiết bị dùng pin xuất hiện dày đặc trên máy bay và nguy cơ hỏa hoạn trong khoang hành khách hoặc khoang hàng là cực kỳ nghiêm trọng. Tại Mỹ, Cục Hàng không Liên bang (FAA) từ lâu đã cấm mang pin lithium-ion dự phòng trong hành lý ký gửi và yêu cầu tất cả pin mang lên khoang phải luôn ở vị trí có thể tiếp cận. Cơ quan này ghi nhận 89 sự cố liên quan đến pin – bao gồm bốc khói, cháy hoặc quá nhiệt – trên các chuyến bay chở khách và hàng hóa trong năm 2024, cùng 38 vụ trong nửa đầu năm 2025.

Những sự cố như vậy có thể dẫn đến việc mất hoàn toàn máy bay, như chiếc Airbus A321 bị thiêu rụi trong vụ hỏa hoạn hồi tháng 1 tại Busan, Hàn Quốc. Theo các điều tra viên, đám cháy nhiều khả năng bắt nguồn từ một pin sạc dự phòng để trong khoang hành lý phía trên, khiến một số hãng hàng không phải cấm thiết bị này.

Rủi ro do hiện tượng thoát nhiệt không chỉ giới hạn trong ngành hàng không, mà còn lan sang các hộ gia đình – nơi pin xe đạp điện và xe scooter điện đặc biệt dễ gây cháy – cũng như các doanh nghiệp. Một khảo sát do công ty bảo hiểm Aviva thực hiện năm 2024 trên hơn 500 doanh nghiệp tại Anh cho thấy, hơn một nửa từng gặp sự cố liên quan đến pin lithium-ion, như phát tia lửa, cháy nổ.

Các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới đang tìm cách giải quyết vấn đề bằng cách phát triển pin an toàn hơn, chẳng hạn thay thế chất điện phân lỏng bằng vật liệu rắn hoặc dạng gel có khả năng chống cháy tốt hơn. Tuy nhiên, những giải pháp này đòi hỏi phải thay đổi lớn trong dây chuyền sản xuất hiện nay, trở thành rào cản cho việc ứng dụng rộng rãi.

Mới đây, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Trung Văn Hong Kong đề xuất một thay đổi trong thiết kế pin lithium-ion có thể nhanh chóng tích hợp vào quy trình sản xuất hiện có, bởi giải pháp này chỉ đơn giản là thay đổi thành phần hóa chất trong dung dịch điện phân đang dùng.

Phương pháp này được trình bày trong một nghiên cứu công bố đầu năm nay, do bà Yue Sun – hiện là nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Virginia Tech – dẫn dắt. “Điều khó nhận ra nhất về pin là khi bạn cố tối ưu hiệu suất, đôi khi bạn phải đánh đổi sự an toàn”, bà nói. Theo bà, việc tăng hiệu suất thường tập trung vào các phản ứng hóa học xảy ra ở nhiệt độ phòng, trong khi tăng độ an toàn lại liên quan đến các phản ứng ở nhiệt độ cao.

“Vì vậy, chúng tôi nảy ra ý tưởng phá vỡ sự đánh đổi này bằng cách thiết kế một vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ, có thể đảm bảo hiệu suất tốt ở nhiệt độ phòng, đồng thời duy trì độ ổn định cao khi nhiệt độ tăng”, bà Sun giải thích.

Nguyên nhân của hầu hết các vụ cháy pin là do một phần chất điện phân bị phân hủy dưới áp lực, giải phóng nhiệt và kích hoạt phản ứng dây chuyền. Thiết kế mới của nhóm Sun sử dụng một loại chất điện phân mới gồm hai dung môi nhằm chặn đứng phản ứng này.

Hình ảnh ghép cho thấy kết quả thử nghiệm khả năng thẩm thấu của pin lithium-ion với dung dịch điện phân mới (bên trái) và pin tiêu chuẩn (bên phải). Ảnh: CNN.

Triển vọng thương mại hóa

Ở nhiệt độ phòng, dung môi thứ nhất giữ cấu trúc hóa học của pin ở trạng thái “chặt chẽ”, tối ưu hiệu suất. Nhưng nếu pin bắt đầu nóng lên, dung môi thứ hai sẽ phát huy tác dụng, làm “lỏng” cấu trúc này và làm chậm các phản ứng có thể dẫn đến thoát nhiệt, qua đó ngăn cháy nổ.

Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, một viên pin áp dụng thiết kế mới khi bị đâm xuyên bằng đinh chỉ tăng nhiệt độ thêm 3,5°C (38,3°F), thay vì mức tăng vọt lên tới 555°C (1.031°F) như ở pin truyền thống. Nhóm nghiên cứu cho biết không có tác động tiêu cực nào đến hiệu suất hay độ bền của pin; pin vẫn giữ được hơn 80% dung lượng sau 1.000 chu kỳ sạc.

“Vì phát minh của chúng tôi nằm ở chất điện phân, nên nó có thể dễ dàng được triển khai trong các hệ thống thương mại hiện nay – về cơ bản chỉ cần thay chất điện phân mới”, ông Yi-Chun Lu, giáo sư kỹ thuật cơ khí và tự động hóa tại Đại học Trung Văn Hong Kong và là đồng tác giả nghiên cứu, cho biết.

“Theo quy trình sản xuất, phần khó nhất là điện cực, tức phần rắn. Nhưng chất điện phân mà chúng tôi thay thế là chất lỏng, nên có thể bơm trực tiếp vào cell pin mà không cần thiết bị hay quy trình mới”, ông nói thêm.

Công thức hóa học mới có thể làm chi phí sản xuất tăng nhẹ, song ông Lu cho biết khi sản xuất ở quy mô lớn, giá thành sẽ “gần tương đương” với pin hiện tại. Nhóm nghiên cứu đang theo đuổi việc thương mại hóa và đã thảo luận với các nhà sản xuất pin; theo ông Lu, quá trình này có thể mất từ 3 đến 5 năm.

Trong các thử nghiệm, nhóm đã chế tạo pin đủ lớn để cấp điện cho một máy tính bảng. Tuy nhiên, ông Lu thừa nhận vẫn cần thêm quá trình “xác thực” để mở rộng thiết kế lên kích thước pin dùng cho ô tô.

Các chuyên gia về an toàn pin lithium-ion không tham gia nghiên cứu đã đưa ra đánh giá tích cực. Ông Donal Finegan, nhà khoa học cao cấp tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Mỹ, nhận định thiết kế mới là một bước tiến đáng chú ý, giúp pin chịu được nhiệt độ cao và hiện tượng đoản mạch mà không gây cháy.

“Dung dịch điện phân được lựa chọn có tính khả thi cao về mặt mở rộng quy mô và không làm suy giảm đáng kể tuổi thọ chu kỳ của pin, qua đó loại bỏ nhiều rào cản đối với việc ứng dụng hàng loạt”, ông nói.

Giáo sư Gary Koenig, chuyên ngành kỹ thuật hóa học tại Đại học Virginia, cho biết nghiên cứu đã khảo sát nhiều thành phần điện phân khác nhau và tìm ra những phương án cân bằng được giữa tuổi thọ pin và độ ổn định ở nhiệt độ cao.

“Từ góc độ sản xuất, việc áp dụng một chất điện phân mới có thể thực hiện trong thời gian tương đối ngắn, miễn là không phát sinh vấn đề tương thích trong quy trình”, ông nhận xét.

Theo CNN

Huyền Chi

Nguồn VietTimes : https://viettimes.vn/chay-no-pin-lithium-ion-rui-ro-rinh-rap-va-buoc-ngoat-cong-nghe-co-the-cuu-hang-trieu-nguoi-post192850.html