Sạc nhanh có thực sự làm pin nhanh hỏng hơn?

(Dân trí) - Nhiều điện thoại và xe điện hiện nay có thể sạc rất nhanh. Tuy nhiên, điều này cũng làm dấy lên băn khoăn liệu sạc nhanh có khiến pin xuống cấp nhanh hơn so với sạc thông thường hay không.

Công nghệ sạc nhanh hiện xuất hiện trên hầu hết smartphone và nhiều mẫu xe điện. Một số điện thoại có thể sạc từ gần cạn lên hơn 50% chỉ sau khoảng 30 phút, trong khi nhiều mẫu xe điện có thể bổ sung thêm hàng trăm ki lô mét quãng đường di chuyển sau một lần sạc nhanh.

Tuy nhiên, pin không thể duy trì dung lượng ban đầu mãi mãi mà sẽ dần suy giảm theo thời gian. Điều này đặt ra câu hỏi liệu sạc nhanh có khiến pin xuống cấp nhanh hơn hay không.

Theo các nhà khoa học, câu trả lời là có, nhưng mức độ ảnh hưởng còn phụ thuộc vào thiết kế của từng loại pin. Với các loại pin hiện đại, nhiều công nghệ đã được áp dụng để giảm thiểu tác động của việc sạc nhanh.

Sạc nhanh hoạt động như thế nào?

Pin lithium-ion hiện là loại pin sạc phổ biến nhất trên thế giới. Trong quá trình sạc, các ion lithium di chuyển từ cực dương sang cực âm để tích trữ năng lượng. Khi thiết bị hoạt động, quá trình này diễn ra theo chiều ngược lại.

Điểm khác biệt giữa sạc nhanh và sạc thông thường nằm ở tốc độ di chuyển của các ion lithium. Trong khi sạc thông thường có thể mất vài giờ để nạp đầy pin, sạc nhanh có thể rút ngắn thời gian xuống còn khoảng một giờ hoặc ít hơn.

Phó giáo sư Tưởng Chí Viễn, Khoa Kỹ thuật Hóa học và Công nghệ (Đại học Giao thông Tây An, Trung Quốc), cho biết:

"Sạc thông thường sử dụng dòng điện thấp hơn, cho phép các ion lithium từ từ đi vào cực âm, tạo ra ít nhiệt và ít gây áp lực lên vật liệu pin. Trong khi đó, sạc nhanh sử dụng dòng điện và công suất cao hơn nhằm rút ngắn thời gian sạc".

Không phải mọi loại pin đều được thiết kế để chịu được tốc độ sạc cao. Khả năng này phụ thuộc vào vật liệu chế tạo, cấu trúc bên trong cũng như hệ thống quản lý pin.

Những loại pin hỗ trợ sạc nhanh thường được tối ưu vật liệu điện cực, chất điện giải và cấu trúc bên trong nhằm giảm điện trở, giúp các ion lithium di chuyển nhanh hơn mà vẫn hạn chế sinh nhiệt.

Nhà nghiên cứu Stanislaw Zankowski (Đại học Oxford, Anh) ví quá trình này giống như giao thông trong một thành phố.

"Có thể hình dung các ion lithium giống như dòng xe lưu thông. Sạc nhanh là làm sao để dòng lưu thông đó diễn ra nhanh hơn mà không gây ùn tắc".

Vì sao sạc nhanh có thể làm pin xuống cấp?

Mọi pin lithium-ion đều sẽ suy giảm dung lượng theo thời gian, ngay cả khi được sử dụng đúng cách. Tuy nhiên, sạc nhanh có thể thúc đẩy một số quá trình hóa học khiến sự lão hóa diễn ra nhanh hơn.

Một trong những hiện tượng đáng chú ý là mạ lithium (lithium plating). Khi sạc quá nhanh, một phần ion lithium không kịp đi vào cực âm mà lắng đọng thành các lớp lithium kim loại trên bề mặt điện cực.

Các lớp kim loại này làm giảm lượng lithium có thể tham gia lưu trữ năng lượng, khiến dung lượng pin giảm dần. Trong trường hợp nghiêm trọng, chúng còn có thể phát triển thành các tinh thể dạng kim (dendrite), đâm xuyên lớp ngăn bên trong pin và làm tăng nguy cơ đoản mạch.

Sạc nhanh cũng tạo ra nhiều nhiệt hơn do điện trở bên trong pin. Pin được sạc càng nhanh thì lượng nhiệt sinh ra càng lớn.

Theo Zankowski, với các viên pin nhỏ như trên điện thoại, lượng nhiệt phát sinh thường không đáng kể. Tuy nhiên, với những bộ pin dung lượng lớn như trên xe điện, dòng điện cao trong quá trình sạc nhanh tạo ra lượng nhiệt lớn hơn rất nhiều, vì vậy tốc độ sạc phải được kiểm soát để bảo đảm an toàn.

Nhiệt độ cao làm tăng tốc các phản ứng hóa học bên trong pin, khiến vật liệu điện cực xuống cấp nhanh hơn. Trong những trường hợp nghiêm trọng, pin có thể phồng, cháy hoặc phát nổ do hiện tượng mất kiểm soát nhiệt (thermal runaway).

Vì vậy, người dùng nên tuân thủ hướng dẫn của nhà sản xuất khi sạc các thiết bị sử dụng pin hoặc ắc quy.

Hiện nay, hầu hết smartphone, laptop và xe điện đều được trang bị hệ thống quản lý pin (BMS), liên tục theo dõi điện áp, dòng điện và nhiệt độ trong quá trình sạc.

Đó cũng là lý do điện thoại đôi khi sẽ hiển thị cảnh báo khi nhiệt độ quá cao hoặc tự động giảm tốc độ sạc để bảo vệ pin.

Làm gì để kéo dài tuổi thọ pin?

Cả Zankowski và Tưởng Chí Viễn đều cho rằng nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ pin.

Người dùng nên tránh sạc thiết bị trong môi trường quá nóng, chẳng hạn như trong ô tô đỗ dưới trời nắng hoặc dưới ánh nắng trực tiếp. Nhiệt độ quá thấp cũng không có lợi vì làm giảm khả năng di chuyển của các ion lithium.

"Nhiệt độ lý tưởng để sạc pin vào khoảng 20-25 độ C, tương đương mức nhiệt mà con người cảm thấy dễ chịu", Zankowski cho biết.

Các chuyên gia cũng khuyến nghị không nên thường xuyên cắm sạc laptop liên tục trong thời gian dài.

Theo Tưởng Chí Viễn, người dùng nên áp dụng nguyên tắc "sạc nông, xả nông", tức duy trì mức pin trong khoảng 20-80% đối với nhu cầu sử dụng hằng ngày, thay vì luôn sạc đầy 100% hoặc để pin cạn kiệt. Điều này có thể góp phần kéo dài tuổi thọ pin trong quá trình sử dụng lâu dài.