Vì sao 20% pin cuối cùng luôn sạc lâu nhất?

Nếu thường xuyên sử dụng tính năng sạc nhanh cho điện thoại thông minh hay thậm chí là xe điện, bạn có thể dễ dàng nhận thấy một quy luật thú vị: Thiết bị sẽ sạc với tốc độ "chóng mặt" từ 0% đến 80%, nhưng ngay sau đó lại chậm lại đáng kể để hoàn tất 20% dung lượng cuối cùng.

Đây chính là lý do vì sao các dòng smartphone hiện đại có thể đạt 80% pin chỉ trong chưa đầy 30 phút, hay các mẫu xe điện phổ biến chỉ mất khoảng 15 minutes tại các trạm sạc siêu tốc như Tesla Supercharger để đạt mức tương tự.

Trên thực tế, các nhà sản xuất xe điện lớn như Tesla, hay các gã khổng lồ công nghệ như Apple và Samsung đều khuyến nghị người dùng nên giới hạn mức sạc tối đa ở ngưỡng 80%. Các hãng xe điện quảng bá đây là phương pháp tối ưu để giảm thiểu sự hao mòn và kéo dài tuổi thọ pin.

Tuy nhiên, có một thực tế ít được nhắc đến: Việc chờ đợi để sạc đầy 100% sẽ khiến phương tiện chiếm dụng trạm sạc lâu hơn rất nhiều, do tốc độ sạc bị sụt giảm nghiêm trọng sau khi chạm mốc 80%.

Hiện có hai nguyên nhân chính giải thích cho hiện tượng này, bao gồm cơ chế an toàn chủ động và những đặc tính hóa học cơ bản của pin.

Khi pin Lithium-ion (Li-ion) tiến gần đến mức dung lượng tối đa, điện áp sẽ tăng sát ngưỡng giới hạn an toàn. Lúc này, hệ thống quản lý pin (BMS) bên trong thiết bị sẽ tự động nhận diện và cắt giảm dòng điện nạp vào để ngăn chặn tình trạng quá nhiệt.

Việc làm chậm quá trình sạc ở giai đoạn này giúp bảo vệ các thành phần hóa học bên trong và cải thiện độ bền lâu dài cho viên pin.

Nghịch lý hóa học đằng sau ngưỡng 80%

Mặc dù các nhà sản xuất chủ động giới hạn tốc độ sạc, nhưng đó mới chỉ là một nửa câu chuyện. Bản thân cấu trúc hóa học của pin Li-ion cũng không cho phép chúng sạc nhanh hơn khi đã gần đầy.

Về cơ bản, pin Li-ion gồm có cực âm và cực dương. Quá trình sạc nhanh thực chất là sự di chuyển của các ion Lithium từ cực dương sang cực âm. Khi mức pin thấp, cực âm còn rất nhiều không gian trống để đón nhận các ion này.

Tuy nhiên, khi lượng ion nạp vào ngày càng nhiều, không gian bên trong cực âm trở nên chật chội, tạo ra một "nút thắt cổ chai" khiến các ion mới khó tìm được chỗ trống để trú ngụ.

Hiện tượng này dẫn đến việc các ion bị tích tụ trên bề mặt cực âm và chuyển hóa thành Lithium kim loại, hay còn gọi là tình trạng "mạ Lithium" (lithium plating).

Điều đáng ngại là tình trạng mạ Lithium này mang tính vĩnh viễn; các ion bị kẹt lại trên bề mặt sẽ không thể tham gia vào chu trình năng lượng nữa, từ đó làm giảm dung lượng thực tế của pin theo thời gian.

Nói cách khác, nếu tiếp tục duy trì tốc độ sạc nhanh sau mốc 80%, bộ sạc sẽ càng khó "ép" các ion Lithium vào cực âm, đồng thời đẩy nhanh quá trình chai pin.

Đây là lý do cốt yếu khiến tất cả các thương hiệu từ smartphone đến xe điện đều lựa chọn giải pháp giảm tốc độ sạc hoặc cung cấp tùy chọn tự động ngắt sạc ở mức 80% để bảo vệ thiết bị cho người dùng.