Công nghệ pin sắp "xóa sổ" hoàn toàn nỗi lo cháy nổ và hết pin giữa đường

Cuộc cách mạng từ trái tim viên pin

Sự khác biệt cốt lõi và mang tính cách mạng của pin thể rắn nằm ở việc thay thế chất điện phân lỏng, một dung dịch hữu cơ dễ cháy bằng một chất điện phân ở trạng thái rắn.

Vật liệu rắn này có thể là gốm, polymer hoặc thủy tinh, và sự thay đổi nền tảng này mang lại hàng loạt ưu điểm vượt trội.

Việc loại bỏ hoàn toàn thành phần dễ cháy giúp pin thể rắn gần như không có nguy cơ cháy nổ, ngay cả khi bị đâm thủng hay biến dạng. Điều này cho phép loại bỏ các hệ thống làm mát và bảo vệ phức tạp, giúp bộ pin nhẹ và nhỏ gọn hơn.

Thứ hai là mật độ năng lượng cực cao. Chất điện phân rắn có cấu trúc ổn định, cho phép sử dụng cực dương làm từ lithium kim loại nguyên chất, điều không thể thực hiện với pin lỏng do nguy cơ hình thành sợi nhánh dendrite gây đoản mạch.

Việc sử dụng lithium kim loại có thể giúp tăng mật độ năng lượng lên gấp 2 đến 2.5 lần so với pin Li-ion hiện tại, đạt mức 500 Wh/kg hoặc cao hơn. Toyota đã tuyên bố công nghệ của họ có thể cho phép xe điện chạy quãng đường từ 1.200 km đến 1.450 km sau mỗi lần sạc.

Cuối cùng là tốc độ sạc siêu nhanh và tuổi thọ dài. Cấu trúc rắn ổn định cho phép các ion di chuyển nhanh hơn và chịu được dòng sạc cao hơn. Toyota đặt mục tiêu sạc đầy pin thể rắn chỉ trong 10 phút. Cấu trúc này cũng bền vững hơn, ít bị suy giảm qua các chu kỳ sạc, hứa hẹn tuổi thọ pin dài hơn đáng kể.

Rào cản sản xuất quy mô lớn

Mặc dù tiềm năng là rất lớn, con đường thương mại hóa pin thể rắn vẫn còn nhiều chông gai. Thách thức lớn nhất hiện nay không còn nằm ở khoa học cơ bản, mà là ở kỹ thuật sản xuất.

Về mặt kỹ thuật, vấn đề nan giải là làm sao duy trì một giao diện ổn định và có điện trở thấp giữa chất điện phân rắn và các điện cực rắn. Các vật liệu này phải luôn tiếp xúc hoàn hảo với nhau ngay cả khi chúng co giãn tự nhiên trong quá trình sạc/xả. Các vật liệu điện phân gốc gốm dù dẫn ion tốt nhưng lại giòn và dễ nứt gãy, trong khi loại gốc polymer lại linh hoạt hơn nhưng hiệu suất ở nhiệt độ phòng chưa cao.

Cuộc đua để giải quyết những thách thức này đang diễn ra quyết liệt. Toyota được xem là người dẫn đầu với hơn 1.000 bằng sáng chế và đặt mục tiêu thương mại hóa công nghệ này vào cuối thập kỷ này. Bên cạnh đó, các công ty khởi nghiệp như QuantumScape (hợp tác với Volkswagen) và Solid Power (hợp tác với BMW và Ford) cũng đang đạt được những tiến bộ đáng kể.

Trong khi đó, một số nhà sản xuất Trung Quốc như Nio đã bắt đầu tung ra các sản phẩm "pin bán thể rắn". Đây là một công nghệ lai, kết hợp cả chất điện phân rắn và một lượng nhỏ gel hoặc chất lỏng để cải thiện sự tiếp xúc giao diện. Công nghệ này được xem là bước đệm quan trọng và thực tế trước khi pin thể rắn hoàn toàn trở nên khả thi về mặt thương mại.

Sự thành công của pin thể rắn sẽ tái định hình hoàn toàn ngành công nghiệp. Mật độ năng lượng cao hơn sẽ cho phép các nhà thiết kế tạo ra những chiếc xe có nội thất rộng rãi hơn, hoặc những mẫu xe điện cỡ nhỏ, giá rẻ nhưng vẫn có phạm vi hoạt động ấn tượng. Tác động của nó sẽ còn lan rộng ra ngoài ngành ô tô, cách mạng hóa các lĩnh vực như hàng không, điện tử tiêu dùng và lưu trữ năng lượng quy mô lớn.

Hoàng Thái