Pin ô tô điện thể rắn: Bước ngoặt lớn trong công nghệ ô tô điện

Pin thể rắn có gì đặc biệt mà khiến các hãng ô tô điện chạy đua phát triển?

pin thể rắn

Ô tô điện (EV) đã không còn là điều mới lạ trên thị trường. Trong năm 2020, tỷ lệ ô tô điện chỉ chiếm 4,2% trong tổng số xe du lịch bán ra trên toàn thế giới, theo số liệu của Statista. Nhưng chỉ sau 2 năm, thị phần này đã tăng gấp ba lần (14% vào năm 2022). Các nhà sản xuất ô tô đang tập trung vào việc phát triển xe điện.

Mặc dù vẫn có một số nhà sản xuất ô tô đặt cược vào xe chạy bằng pin nhiên liệu (HFCEV), nhưng thống kê doanh số cho thấy, ô tô điện thuần túy (BEV) chiếm đa số trên thị trường hiện nay. Trong số hơn 10,5 triệu xe điện bán ra trên toàn thế giới vào năm 2022, các xe điện thuần túy chiếm 73%, còn các xe hybrid cắm sạc (PHEV) chiếm phần còn lại.

Pin nhiên liệu có thể vẫn được phát triển trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại trong tương lai, nhưng pin vẫn được coi là giải pháp lưu trữ năng lượng chính cho ngành ô tô điện ít nhất là trong thập kỷ tới.

Vì vậy, các công ty ô tô đang nỗ lực nghiên cứu và phát triển công nghệ pin ô tô điện hoặc hợp tác với các nhà sản xuất khác nhằm cải thiện công nghệ pin. Dựa trên các thông tin công bố gần đây của các hãng, có vẻ như pin thể rắn sẽ là bước ngoặt lớn tiếp theo trong quá trình điện hóa ngành ô tô.

Pin ô tô điện thể rắn là gì?

Pin thể rắn là một thiết bị lưu trữ năng lượng sử dụng vật liệu điện phân thể rắn, thay vì chất điện phân dạng lỏng truyền thống. Chất điện phân có vai trò trung gian trong việc di chuyển ion lithium giữa cực âm và cực dương.

Ngoài việc làm trung gian truyền dẫn, chất điện phân thể rắn còn đóng vai trò vật ngăn cách giữa hai điện cực.

Hầu hết các pin lithium-ion truyền thống trên xe điện ngày nay sử dụng chất điện phân dạng lỏng lithium muối.

READ  Mua Bán Xe Máy Cũ, Mới Giá Tốt Nhất Tại TP. Cam Ranh, Khánh Hòa T5/2024

Pin thể rắn có những ưu điểm gì?

Pin thể rắn có nhiều ưu điểm so với pin lithium-ion dùng chất điện phân.

1. Mật độ năng lượng cao hơn

Pin lithium-ion truyền thống trên xe điện có khả năng lưu trữ từ 100-265Wh năng lượng trên mỗi kg trọng lượng. Theo Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA), pin thể rắn có khả năng lưu trữ được tới 500Wh/kg.

Với mật độ năng lượng cao hơn, pin thể rắn lưu trữ năng lượng nhiều gấp 2-5 lần so với pin lithium-ion truyền thống cùng trọng lượng. Pin thể rắn nhẹ hơn và “đậm đặc” hơn sẽ mang lại nhiều cải tiến về vận hành cho các lĩnh vực và ứng dụng khác nhau.

Với người mua ô tô, một lợi ích quan trọng là phạm vi hoạt động tăng lên.

Một trong những rào cản chính khiến ô tô điện chưa phổ biến rộng rãi là mối lo về phạm vi hoạt động. Chẳng ai muốn rơi vào tình huống ô tô hết pin giữa đường mà không có trạm sạc trong tầm nhìn. Hiện tại, ô tô điện tại Mỹ có phạm vi hoạt động trung bình là 468km.

Nếu giữ nguyên các yếu tố khác, pin thể rắn có thể giúp tăng phạm vi hoạt động trung bình của ô tô điện lên 965km. Con số này cao hơn gần 160km so với phạm vi hoạt động của mẫu Toyota Camry 2023 động cơ xăng 2.5L.

2. An toàn hơn

Theo một bài báo đăng trên tạp chí khoa học Science Direct Journal năm 2022, pin thể rắn được cho là an toàn hơn pin lithium-ion truyền thống.

Vật liệu điện phân thể rắn ở giữa các điện cực giúp giảm nguy cơ rò rỉ chất độc và nguy cơ cháy. Cháy xe điện do hiện tượng tỏa nhiệt từ phản ứng hóa học của pin lithium-ion truyền thống rất khó dập.

Để dập lửa cho một vụ cháy xe điện, có thể cần sử dụng đến 20 lần nước so với việc dập lửa cho xe động cơ đốt trong (ICE). Cháy xe điện rất dễ lan rộng và có khí hydro sinh ra từ phản ứng của lithium với nước, tạo nên cơn lửa mạnh hơn.

READ  54 là tỉnh nào? Biển số xe 54 ở đâu? có phải thành phố mang tên Bác?

3. Sạc nhanh hơn

Ngoài mật độ năng lượng cao hơn, pin thể rắn cũng có thể sạc nhanh hơn so với pin lithium-ion truyền thống. Lý do thứ nhất là do pin thể rắn có điện trở thấp hơn so với pin sử dụng chất điện phân dạng lỏng.

Thứ hai, pin thể rắn có độ ổn định nhiệt cao hơn, có thể chịu được dòng điện lớn hơn để sạc nhanh hơn.

Thứ ba, pin thể rắn xuống cấp chậm hơn. Các nhà sản xuất có thể thiết kế hệ thống sạc xe điện nhanh hơn mà không gây hại đến tuổi thọ của pin.

Hiện tại, ô tô điện sử dụng pin lithium-ion truyền thống cần từ 30-40 phút để sạc từ 10% lên 80% khi sử dụng hệ thống sạc nhanh (DC) cấp độ cao nhất – cấp độ 3. Trong khi đó, Toyota khẳng định pin thể rắn của hãng chỉ cần 10 phút để sạc từ 10% lên 80%.

4. Hoạt động tốt trong dải nhiệt độ rộng hơn

Ngày nay, nhiều người sử dụng xe điện phàn nàn về hiệu suất kém trong điều kiện thời tiết lạnh. Phạm vi hoạt động bị giảm, thời gian sạc tăng và hiệu suất lái xe giảm. Những khó khăn này chủ yếu là do pin lithium-ion chỉ hoạt động tốt trong dải nhiệt độ lý tưởng từ 10-30 độ C. Nhiều xe điện “khó khăn” trong những mùa đông lạnh giá ở Bắc Mỹ hay Na Uy.

Ngoài ra, nhiều xe điện hiện nay cũng không hoạt động tối ưu trong những vùng khí hậu nóng nực.

Tuy nhiên, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng pin thể rắn có thể hoạt động hiệu quả trong dải nhiệt độ từ -40 độ C đến 170 độ C.

Pin thể rắn có nhược điểm gì?

Bạn có thể đặt câu hỏi: Nếu pin thể rắn tốt như vậy thì tại sao các công ty ô tô không sử dụng nó nhiều hơn pin lithium-ion? Dưới đây là một số lý do:

READ  Exciter 2010 - Mẫu xe tay côn đáng "săn lùng" nhất!

1. Chi phí sản xuất cao

Pin thể rắn cần có cấu trúc chắc chắn và khả năng liên kết tốt giữa các thành phần để tránh bị nứt hoặc bong tróc trong quá trình sử dụng. Điều này đòi hỏi kỹ thuật thiết kế và tích hợp cao.

Hiện nay, pin thể rắn có thể đắt gấp 3-4 lần so với pin lithium-ion truyền thống.

2. Khan hiếm vật liệu

Polyme trạng thái rắn và gốm siêu mỏng (như oxide, nitride, sulfide,..) được sử dụng làm chất điện phân rất nhạy cảm và khó sản xuất. Thêm vào đó, pin thể rắn vẫn phải sử dụng cobalt, và thật ra, tất cả các nhà sản xuất pin ô tô điện đang đối mặt với nguy cơ thiếu hụt cobalt vào năm 2028.

3. Sản xuất phức tạp

Công nghệ pin thể rắn vẫn còn khá mới và vẫn chưa có quy trình sản xuất tiêu chuẩn hóa, cũng như nhóm vật liệu để có thể sản xuất trên quy mô lớn.

Một số công ty đang nỗ lực phát triển pin thể rắn với các lớp gốm nhằm cải thiện chức năng của mặt phân cách giữa chất điện phân và các điện cực. Tuy nhiên, chất điện phân bằng gốm dễ vỡ, gây thách thức trong việc sản xuất các lớp điện phân bằng gốm.

Cùng với những nhược điểm này, pin thể rắn vẫn mang lại tiềm năng lớn cho ngành ô tô điện trong tương lai. Tuy nhiên, cần thêm nhiều năm nữa để có thể sản xuất pin thể rắn trên quy mô lớn, ít nhất là từ năm 2030. Cho đến lúc đó, pin lithium-ion vẫn sẽ tiếp tục đóng vai trò chủ đạo trong ngành ô tô điện.

Nguồn: Sửa Xe Máy TPHCM Uy Tín Sửa Xe Máy 24h Sài Gòn Lưu Động