Pin thể rắn nguồn năng lượng mới để ô tô điện có thể thương mại hóa thành công

Hết thời pin Lithium

Một trong những cấu phần quan trọng nhất của ô-tô điện là bộ pin trữ năng lượng. Hiện nay, toàn bộ các xe điện đều sử dụng công nghệ pin Lithium, hay còn gọi là pin thể lỏng. Với thiết kế có hai điện cực kim loại rắn, đặt vào trong chất điện phân là muối lithium lỏng. Khi sạc, các hạt ion chuyển động từ điện cực âm sang điện cực dương và theo chiều ngược lại khi xả.

Tuy nhiên khả năng trữ năng lượng của các loại pin này được cho là đã tới hạn. Nếu muốn tăng dung lượng chứa, khối lượng của pin trở sẽ nên lớn, dẫn tới chi phí cao và khả năng vận hành kém. Nhìn chung, kỹ thuật pin hiện nay chưa thể đáp ứng được yêu cầu về quãng đường và tối ưu chi phí mà thị trường đặt ra cho xe điện. Trong khi đó, các loại pin lỏng đang được sử dụng có nguy cơ cháy nổ rất cao, bắt nguồn từ dung dịch điện ly hữu cơ dễ bắt cháy. Điều này làm nảy sinh nhu cầu bức thiết phải phát triển một thế hệ pin mới.

Để ô tô điện có thể thương mại hóa thành công và trở nên hấp dẫn hơn với người tiêu dùng, bộ pin cần phải tăng năng lượng, chạy được quãng đường dài hơn trong mỗi lần sạc, thời gian sạc nhanh hơn, có giá thành thấp và an toàn. Các tập đoàn ô tô Nhật Bản cho rằng, công nghệ pin thể rắn, sẽ giải quyết được những vấn đề này.

Các nhà sản xuất ô tô đang đầu tư mạnh cho việc phát triển pin thể rắn 

Ông Shigeki Terashi, Phó Chủ tịch điều hành Tập đoàn Toyota Nhật Bản, cho biết, để ô tô điện phát triển và trở thành phương tiện đi lại phổ biến trong tương lai, thay thế cho động cơ đốt trong thì công nghệ pin là quan trọng nhất. Các nhà sản xuất ô tô đang đầu tư mạnh cho việc phát triển pin thể rắn và tương lai rất sáng sủa.

Công nghệ pin thể rắn sử dụng chất điện phân rắn thay thế cho chất điện phân lỏng. Với thiết kế pin thể rắn, cả điện cực dương, điện cực âm và chất điện phân đều là những mảnh kim loại, hợp kim hoặc vật liệu tổng hợp ở thể rắn. Trong pin thể rắn, các cực dương, cực âm và chất điện phân được xếp thành ba lớp phẳng chồng lên nhau, thay vì nhúng các điện cực trong chất điện phân lỏng.

Pin thể rắn có dung lượng chứa cao hơn từ 2-5 lần, thời gian sạc nhanh hơn từ 6-10 lần so với pin thể lỏng có kích cỡ tương đương

Điều đó có nghĩa là các nhà sản xuất có thể tạo ra những cục pin có kích cỡ tương đương với pin thể lỏng hiện nay nhưng có dung lượng chứa lớn hơn nhiều. Không nhưng thế, pin thể rắn cũng an toàn hơn cho người sử dụng vì chúng không chứa chất lỏng dễ cháy, độc hại và có tuổi thọ cao hơn. Loại pin này cũng có tốc độ sạc nhanh hơn nhiều, bởi các ion trong thiết kế rắn có thể di chuyển nhanh hơn từ cực âm đến cực dương.

Pin thể rắn tiềm năng lớn

Điều quan trọng là một công nghệ mới xuất hiện và vẫn đang trong quá trình phát triển, nên chi phí sản xuất ra loại pin này cực kì tốn kém. Các nhà sản xuất vẫn chưa tìm ra chất điện phân rắn nào vừa tối ưu, vừa phổ biến, lại vừa dễ tạo ra, với giá thành thấp. Rõ ràng vẫn còn nhiều điều cần nghiên cứu với công nghệ pin thể rắn. Có lẽ chúng ta sẽ vẫn chưa thấy loại pin này phổ biến trên ô tô trong vòng 4-5 năm nữa.

Tuy nhiên, đại diện của Toyota tiết lộ sẽ giới thiệu một chiếc ô tô điện sử dụng pin thể rắn tại Olympic Tokyo 2020. Đó là mẫu xe nào và pin thể rắn có ưu điểm nổi trội gì, không hề được Toyota tiết lộ.

Ông Shigeki Terashi đưa ra dự báo tới 2025 thế giới sẽ có 5,5 triệu ô tô điện chạy trên đường và tới 2030 thì ô tô điện sử dụng pin thể rắn sẽ bắt đầu phổ biến, còn tới 2040 thì tại nhiều quốc gia, ô tô sử dụng động cơ đốt trong sẽ không tồn tại nữa, nó được thay thế bằng xe điện. Vì vậy, tương lai của pin thể rắn rất sáng sủa.

Sau nhiều năm tập trung vào công nghệ xe lai điện (hybrid) và xe sử dụng hydro với pin nhiên liệu (Fuelcell), Toyota nay đã theo đuổi phát triển ô tô chạy hoàn toàn bằng điện. Tập đoàn này đang đầu tư 13,9 tỷ USD vào nghiên cứu phát triển pin thể rắn và có kế hoạch thương mại hóa công nghệ này từ năm 2020, theo báo cáo thường niên được công bố vào tháng 10/2019.

Ngoài Toyota thì Volkswagen (CHLB Đức), BYD (Trung Quốc), Samsung, LG (Hàn Quốc)... hiện cũng tập trung để thương mại hóa pin thể rắn. Khi thành công, pin thể rắn thực sự là cuộc cách mạng rộng khắp, cung cấp cho nhiều sản phẩm khác, ngoài xe hơi như laptop, điện thoại di động, máy bay không người lái,... Vì vậy, đây sẽ là công nghệ mang lại tiềm năng lớn, thâm nhập vào mọi lĩnh vực của đời sống và đưa nhân loại bước sang giai đoạn phát triển mới.

Theo Tạp chí Điện tử