Pin lithium-ion đang được coi là “trái tim” của công nghệ sản xuất xe điện hiện nay. Tuy nhiên, pin lithium-ion vẫn thua xa loại pin này cả về tuổi thọ, sạc nhanh và tính an toàn.

Pin lithium-ion đang được dùng trên nhiều mẫu xe của các hãng Tesla, Ford, VinFast… và có nhiều ưu điểm như khả năng lưu trữ lớn, độ bền cao, không gây ô nhiễm môi trường… Tuy nhiên, loại pin này vẫn có một số hạn chế như dễ cháy, khả năng sạc không thực sự ấn tượng và phạm vi hoạt động hạn chế.

Cụ thể, lithium là một vật liệu phản ứng, nên việc tiếp xúc với chất điện phân lỏng có thể gây ra phản ứng khiến suy giảm tuổi thọ pin, hoặc thậm chí là làm pin bị bốc cháy, đặc biệt, nếu pin bị bám bụi, xử lý kém, hoặc được bảo quản không đúng cách.

Pin lithium-ion trên ô tô điện còn bị giảm dung lượng sau khi sử dụng một thời gian và khả năng sạc nhanh cũng bị kém hơn.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã chuyển hướng sang công nghệ pin thể rắn. Cụ thể, các chuyên gia thay thế bộ phận tách và chất diện phân lỏng bằng chất rắn tương đương. Việc này giúp giảm nguy cơ xảy ra các phản ứng hóa học không mong muốn và hiện tượng đoản mạch khi chúng tiếp xúc với cực dương của lithium.

Theo tờ Independent, pin thể rắn được các nhà nghiên cứu cho rằng sẽ “làm thay đổi cuộc chơi” vì tiềm năng khắc phục được những hạn chế kỹ thuật của pin lithium-ion, loại pin hiện đang được sử dụng để cung cấp năng lượng cho phần lớn các thiết bị điện tử tiêu dùng, từ điện thoại thông minh đến xe điện.

Ông Simon Erhard, một trong những kỹ sư hàng đầu về pin của BMW mô tả rằng, pin thể rắn là điều quan trọng tiếp theo trong quá trình phát triển pin. Bởi pin lithium-ion đã đạt đỉnh về hiệu suất. Vị kỹ sư này dự đoán rằng, pin thể rắn cuối cùng sẽ thay thế pin lithium-ion. Đây là loại pin có thể mang lại mật độ về năng lượng lớn hơn đáng kể so với pin lithium-ion. Điều này có nghĩa là trong tương lai, ô tô có thể được sản xuất với khối lượng nhẹ hơn, trong đó viên pin cũng ít chiếm không gian hơn.

Pin thể rắn có ưu điểm gì?

Theo các chuyên gia, pin thể rắn hoạt động tương tự như bất kỳ loại pin nào khác. Chúng sẽ lấy năng năng lượng vào, lưu trữ và giải phóng năng lượng cho các thiết bị. Tuy nhiên, sự khác biệt của pin thể rắn chính là các vật liệu ở bên trong nó. Nếu như pin lithium-ion có dung dịch điện phân dạng lỏng thì pin thể rắn lại sử dụng chất điện phân rắn.

Vậy, pin thể rắn có những ưu điểm gì?

Thứ nhất, tăng mật độ và phạm vi năng lượng. Theo các chuyên gia, nhờ có điện cực rắn và chất điện phân đều có trạng thái rắn nên loại pin này có thể lưu trữ năng lượng lớn hơn. Chẳng hạn, một lần sạc xe điện trước đây chỉ có thể đi được 402 km, thì nay chạy được 724 km.

Hơn nữa, mật độ năng lượng của pin thể rắn được tăng lên đáng kể, cũng có nghĩa là loại pin này sẽ có kích thước nhỏ hơn và trọng lượng nhẹ hơn rất nhiều so với pin lithium-ion.

Thứ hai, tuổi thọ pin lâu hơn.

Thứ ba, sạc nhanh hơn. Pin thể rắn giúp xe điện sạc nhanh hơn. Theo ước tính của Solid Power, pin xe điện của hãng có thể sạc được hơn 80% chỉ trong chưa đầy 20 phút. Trong khi đó, thời gian sạc chỉ dưới 15 phút với QuantumScape.

Thứ tư, an toàn hơn. Trên thực tế, khả năng bắt lửa và dễ cháy của pin xe điện chủ yếu là vì chất điện phân lỏng của nó. Chất điện phân này vốn dễ bay hơi, dễ cháy và không ổn định khi tiếp xúc với nhiệt độ cao, từ đó dẫn tới nguy cơ đoản mạch. Tuy nhiên, với việc sử dụng pin thể rắn sẽ giúp xe điện giảm thiểu được nguy cơ này, bằng cách loại bỏ các chất điện phân hữu cơ, độc hại và dễ cháy, từ đó giảm nguy cơ hỏa hoạn. 

Thứ năm, chi phí rẻ hơn. Nếu được thương mại hóa, pin thể rắn sẽ có chi phí rẻ hơn so với pin lithium-ion.

Với nhiều ưu thế như vậy, vì sao pin thể rắn ở xe điện chưa phổ biến và thương mại hóa? Câu trả lời vì trở ngại đối với loại pin này là giá thành trong khi chi phí sản xuất còn đắt đỏ.

Dù pin thể rắn đòi hỏi ít tài nguyên thiên nhiên hơn nhưng sản xuất chất điện phân rắn lại đắt hơn. Chính vì vậy, pin lithium-ion vẫn rẻ hơn so với pin thể rắn. Do đó, vấn đề đặt ra hiện nay mà các hãng xe điện cần làm là tìm ra cách sản xuất chất điện phân rắn với chi phí rẻ hơn.

Pin thể rắn là tương lai của ngành xe điện

Chuyên trang Electrek nhận định, pin thể rắn thường được gọi là “kỳ lân” của công nghệ pin.

Trong tương lai, sự phát triển của pin thể rắn hiệu suất cao có thể dẫn đến sự phát triển của các loại xe điện tiên tiến hơn. Đây là nhận định của Phó giáo sư Neeraj Sharma UNSW Sydney, Úc.

Theo dự đoán của Future Bridge, một công ty phân tích của Hà Lan, vào năm 2025, pin thể rắn sẽ có mức giá bán tương đương với pin lithium-ion. Đây có thể sẽ là một cột mốc mới dành cho ngành công nghiệp xe điện, bởi loại pin này không chỉ cho phép ô tô điện sạc nhanh hơn, tăng tuổi thọ của pin mà còn an toàn hơn nhiều.

Nắm bắt được điều này, nhiều hãng xe điện như Toyota, BMW, Ford, VinFast… đều đang đầu tư và bắt tay và việc nghiên cứu phát triển công nghệ pin thể rắn. 

Thật đáng ngạc nhiên khi một trong những hàng đi đầu trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển pin thể rắn lại không phải Tesla mà là Toyota. Cụ thể, kể từ năm 2012, hãng xe của Nhật Bản đã phát triển hơn 1.000 bằng sáng chế liên quan đến pin thể rắn, nhiều hơn bất kỳ nhà sản xuất ô tô nào khác. Ngoài ra, Ford và BMW đã hợp tác với nhau cùng đầu tư vào công ty Solid Power từ năm 2017 và mong chờ sẽ đưa pin thể rắn vào ô tô vào năm 2025.

VinFast, nhà sản xuất xe điện có trụ sở chính tại Việt Nam, cũng đang hợp tác với ProLogium, công ty hàng đầu về pin thể rắn thế hệ mới trên thế giới. Mục tiêu hợp tác của hai bên để đảm bảo nguồn cung pin thể rắn thế hệ mới cho xe điện của VinFast. Theo kế hoạch, công ty ProLogium sẽ cung cấp pin thể rắn cho những mẫu xe điện mới của VinFast từ năm 2024.

Như vậy, nếu pin thể rắn được thương mại hóa thì sẽ mở ra một tương lai mới cho ngành xe điện trên thế giới khi không chỉ giúp tăng quãng đường di chuyển của xe mà còn làm giảm thời gian sạc đầy so với những loại pin đang dùng hiện nay.

Bài viết tham khảo nguồn: Pcmag, Independent, Hotcars, Thenextweb, VinFast, Electrek