Singapore tạo bước ngoặt với pin Kẽm nhờ AI: Sau 1400 chu kỳ sạc - xả, tuổi thọ chỉ giảm 0.2%, liệu có sớm ứng dụng cho xe điện và điện thoại thông minh?

Nhờ ứng dụng trí tuệ nhân tạo để rút ngắn thời gian nghiên cứu vật liệu, nhóm chuyên gia tại Singapore đã mở ra một hướng phát triển đột phá cho công nghệ pin kẽm-ion, vượt qua rào cản lớn nhất từ trước tới nay.

Dù pin lithium-ion vẫn thống lĩnh thị trường, các nhà khoa học tại Singapore vừa tạo ra bước đột phá trong lưu trữ năng lượng: phát triển pin kẽm-ion hiệu suất tới 99,8%, hoạt động ổn định hơn 4.300 giờ và qua 1.400 lần sạc - xả mà gần như không suy giảm hiệu năng.

Tiến sĩ Edison Huixiang Ang, trợ lý giáo sư tại Viện Giáo dục Quốc gia thuộc Đại học Công nghệ Nanyang (NIE/NTU), là người dẫn dắt nghiên cứu này. Ông cùng các cộng sự đã tận dụng AI và học máy để giải quyết bài toán khó nhất của pin kẽm-ion: hiện tượng dendrite – các nhánh tinh thể kim loại gây đoản mạch và làm giảm tuổi thọ pin.

AI thúc đẩy quá trình nghiên cứu vật liệu nhanh chóng hơn

Thay vì tốn hàng năm trời với phương pháp thử sai truyền thống, nhóm nghiên cứu đã dùng AI để phân tích hơn 168.000 tổ hợp vật liệu, từ đó phát hiện ra một lớp khung cơ - kim (MOF) mới gồm cerium và sắt, có khả năng ngăn dendrite xuất hiện trong quá trình sạc.

Lớp vật liệu MOF này không chỉ giúp pin vận hành ổn định và an toàn hơn mà còn kéo dài tuổi thọ đáng kể. Qua thử nghiệm thực tế, thiết kế mới cho phép pin duy trì hiệu suất tới 99,8% sau hơn 1.400 chu kỳ sạc-xả – một kết quả vượt trội so với nhiều công nghệ pin hiện hành.

"Khi năng lượng tái tạo ngày càng được chú trọng, nhu cầu về các hệ thống lưu trữ bền vững, đáng tin cậy trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết," ông Ang cho biết. "Chúng tôi đặt mục tiêu tạo ra loại pin sạc được lâu hơn, nạp nhanh hơn và thân thiện hơn với môi trường, góp phần hiện thực hóa các giải pháp năng lượng xanh trong đời sống hàng ngày."

Không chỉ là bước đột phá của pin kẽm-ion

Theo nhóm nghiên cứu, thành quả này không chỉ dừng lại ở việc cải tiến pin kẽm-ion, mà còn mở ra tiềm năng to lớn cho ngành lưu trữ năng lượng toàn cầu — từ thiết bị điện tử cá nhân, xe điện cho tới hệ thống lưu trữ quy mô lớn.

Tiến sĩ Ang nhấn mạnh, sự khác biệt đến từ việc tích hợp AI vào quy trình nghiên cứu vật liệu truyền thống. AI đã rút ngắn thời gian mô phỏng, dự đoán hành vi vật liệu nhanh hơn gấp nhiều lần so với phương pháp thử nghiệm thủ công, đồng thời khám phá được những tổ hợp vật liệu từng bị bỏ qua do độ phức tạp cao.

"AI không chỉ là một công cụ đơn thuần, mà là chìa khóa mở ra những khả năng gần như vô hạn," ông nói thêm. "Nhờ vào AI, chúng tôi có thể đổi mới với tốc độ vượt trội và đưa ra các giải pháp mang tính đột phá có thể thay đổi thế giới."

Khả năng ứng dụng trong xe điện và thiết bị di động

Mặc dù nghiên cứu chưa được triển khai trên sản phẩm thương mại, nhưng những kết quả ban đầu đã mở ra tương lai tươi sáng cho pin kẽm-ion trong các thiết bị cần mật độ năng lượng cao như điện thoại thông minh hay ô tô điện. Với hiệu suất giữ vững ở mức 99,8% sau hơn 1.400 chu kỳ sạc và tổng thời gian hoạt động lên đến 4.300 giờ, loại pin này hứa hẹn kéo dài thời gian sử dụng, giảm tình trạng chai pin và tăng độ an toàn nhờ cấu trúc ít gây cháy nổ hơn so với pin lithium-ion.

Trong lĩnh vực xe điện, nếu tiếp tục khắc phục được những thách thức như mật độ năng lượng và dòng xả cao, pin kẽm-ion có thể trở thành lựa chọn thay thế bền vững — không chỉ giúp hạ giá thành sản xuất mà còn thân thiện hơn với môi trường. Khi đó, người tiêu dùng sẽ được trải nghiệm những mẫu xe điện an toàn hơn, pin có tuổi thọ cao hơn và chi phí sử dụng tổng thể thấp hơn trong suốt vòng đời phương tiện.