Pin thể rắn là một trong các công nghệ mới được nhiều doanh nghiệp ô tô tìm kiếm trong cuộc đua xe điện. Nhiều chuyên gia cho rằng pin thể rắn sẽ “thay đổi hoàn toàn cuộc đua xe điện”. Vậy pin thể rắn là gì? Hoạt động như thế nào? Có ưu điểm gì so với pin Lithium-ion? Đáp án sẽ được tìm thấy trong bài viết sau đây của Wuling EV Việt Nam. Cùng theo dõi với chúng tôi.
1. Pin thể rắn là gì?
Pin thể rắn là một công nghệ mới trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng. Dòng pin này sử dụng chất điện phân thể rắn thay vì dạng lỏng truyền thống. Chất điện phân rắn đóng vai trò trung gian truyền dẫn các ion lithium giữa cực âm và cực dương trong pin. Đồng thời, chất điện phân cũng đóng vai trò như một lớp ngăn cách giữa hai điện cực, giúp ngăn chặn hiện tượng đoản mạch.
Pin thể rắn là công nghệ đột phá ấn tượng cho ngành xe điện
Tùy theo hướng di chuyển của các ion, năng lượng có thể được giải phóng (trong quá trình sử dụng pin) hoặc lưu trữ (trong quá trình sạc pin). Nhờ vào việc sử dụng chất điện phân thể rắn, pin rắn được đánh giá cao về mặt an toàn và khả năng hoạt động trong các điều kiện khắc nghiệt.
2. Pin thể rắn hoạt động như thế nào?
Pin thể rắn hoạt động dựa trên các phản ứng hóa học giữa hai điện cực chính: Anot (-) và Cathot (+). Mỗi pin thể rắn đều có hai điện cực này, được làm từ vật liệu dẫn điện, giúp tạo điều kiện cho các ion mang điện di chuyển trong pin.
Pin thể rắn hoạt động dựa trên các phản ứng hóa học giữa hai điện cực
Giữa hai điện cực này và bên trong chúng là chất điện phân, đóng vai trò quan trọng trong việc cho phép các ion di chuyển qua. Phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình này giúp pin thể rắn tạo ra dòng điện để cung cấp năng lượng cho thiết bị. Khi một thiết bị được kết nối với pin, phản ứng giữa cực dương, cực âm và chất điện phân sẽ tạo ra một dòng năng lượng điện đủ để bộ máy hoạt động.
3. Ưu điểm của pin thể rắn
3.1 Mật độ năng lượng cao hơn
Pin thể rắn là một bước tiến lớn trong công nghệ lưu trữ năng lượng, đặc biệt so với pin lithium-ion truyền thống. Pin lithium-ion dùng cho ô tô điện hiện nay có thể lưu trữ từ 100-265 Wh/kg. Trong khi đó, pin thể rắn có khả năng lưu trữ đến 500 Wh/kg theo ước tính của NASA. Điều này có nghĩa là pin thể rắn có thể lưu trữ lượng năng lượng gấp 2-5 lần so với pin lithium-ion cùng trọng lượng.
Pin thể rắn là một bước tiến lớn trong công nghệ lưu trữ năng lượng
3.2 An toàn hơn
Theo một bài báo công bố năm 2022 trên tạp chí khoa học Sciencedirect Journal, pin thể rắn được đánh giá có độ an toàn cao hơn pin lithium-ion truyền thống. Nguyên nhân chính đến từ việc sử dụng vật liệu điện phân thể rắn giữa các điện cực. Điều này sẽ giúp giảm thiểu nguy cơ rò rỉ chất độc và hạn chế khả năng cháy nổ.
Pin thể rắn có độ an toàn cao
Do việc sử dụng điện phân thể rắn, pin rắn có nguy cơ bị rò rỉ chất độc thấp hơn và khả năng cháy nổ cũng ít hơn so với pin lithium-ion. Không những thế, pin thể rắn còn yêu cầu ít hệ thống an toàn hơn so với pin lithium-ion. Việc loại bỏ các hệ thống này không chỉ giúp pin nhỏ gọn hơn, nhẹ hơn mà còn làm tăng mật độ năng lượng của pin một cách đáng kể.
3.3 Thời gian sạc nhanh hơn
Một trong những ưu điểm nổi bật của pin thể rắn là khả năng sạc nhanh vượt trội. Theo lý thuyết nghiên cứu lượng tử, pin thể rắn có thể sạc đầy ngay lập tức nhờ mật độ năng lượng cao và sự ổn định điện hóa trong cấu trúc. Thực tế qua các cuộc thử nghiệm, pin thể rắn đã chứng minh khả năng sạc nhanh hơn so với các công nghệ pin hiện nay, đồng thời vẫn đảm bảo an toàn.
Thời gian sạc của pin thể rắn nhanh hơn
3.4 Có thể hoạt động tốt ở dải nhiệt độ rộng hơn
Hiện nay, nhiều chủ sở hữu ô tô điện gặp khó khăn khi sử dụng xe trong điều kiện thời tiết lạnh giá. Cụ thể, phạm vi hoạt động của xe bị giảm, pin sạc chậm hơn, và hiệu suất xe cũng bị ảnh hưởng. Nguyên nhân chính là do pin lithium-ion chỉ hoạt động tối ưu trong khoảng nhiệt độ từ 10-30 độ C. Từ đó, nhiều xe điện gặp khó khăn khi hoạt động trong mùa đông khắc nghiệt.
Pin thể rắn có thể hoạt động ở dải nhiệt rộng
Ngược lại, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng pin thể rắn có thể hoạt động hiệu quả trong một dải nhiệt độ rộng hơn, từ -40 độ C đến 170 độ C. Điều này cho phép xe ô tô điện có khả năng hoạt động tốt ở các môi trường thời tiết khắc nghiệt hơn, đảm bảo tuổi thọ cũng như độ bền của xe.
4. Nhược điểm của pin thể rắn
4.1 Chi phí sản xuất cao
Pin thể rắn yêu cầu kết cấu vững chắc và sự liên kết chặt chẽ giữa các thành phần để ngăn chặn việc nứt hoặc bong tróc trong quá trình sử dụng. Điều này đòi hỏi công nghệ thiết kế và tích hợp tiên tiến, dẫn đến chi phí sản xuất cao. Hiện nay, chi phí sản xuất pin thể rắn có thể cao gấp 3-4 lần so với pin lithium-ion truyền thống.
Chi phí sản xuất pin thể rắn khá cao
4.2 Nguyên vật liệu khan hiếm
Chất điện phân trong pin thể rắn thường là các vật liệu như polymer trạng thái rắn và gốm siêu mỏng (oxide, nitride, sulfide,...). Những vật liệu này rất nhạy cảm và khó sản xuất. Bên cạnh đó, pin thể rắn vẫn cần sử dụng cobalt. Và hiện tại, các nhà sản xuất pin ô tô điện đang đối mặt với nguy cơ thiếu hụt cobalt vào năm 2028.
Nguyên vật liệu sản xuất pin khan hiếm
4.3 Quy trình sản xuất phức tạp
Công nghệ pin thể rắn còn khá mới mẻ và hiện chưa có một quy trình sản xuất tiêu chuẩn hóa cũng như nhóm vật liệu nhất quán cho quy mô lớn. Một số công ty đang cố gắng phát triển pin thể rắn bằng cách sử dụng các lớp gốm để cải thiện sự phân cách giữa chất điện phân và các điện cực. Tuy nhiên, chất điện phân bằng gốm có đặc tính dễ vỡ. Điều này làm cho việc sản xuất các lớp điện phân gốm trở nên khó khăn hơn.
Quy trình sản xuất pin thể rắn phức tạp
5. So sánh pin thể rắn và pin Lithium-ion
Tiêu chí | Pin thể rắn | Pin Lithium-ion |
Chất điện phân | Dạng rắn (solid-state) | Dạng lỏng (liquid) |
Khả năng cung cấp năng lượng | Gấp 2.5 lần so với pin lithium-ion hiện tại | Thấp hơn so với pin thể rắn |
Trọng lượng | Nhẹ hơn rất nhiều | Nặng hơn so với pin thể rắn |
Độ an toàn | An toàn hơn, không dễ cháy và khó gây cháy nổ | Dễ bay hơi và dễ cháy, có nguy cơ cháy nổ cao |
Tuổi thọ | Lên đến 10 năm | Từ 4 - 5 năm |
Tốc độ sạc | Nhanh hơn so với pin lithium-ion | Chậm hơn so với pin thể rắn |
Sự khác biệt giữa pin thể rắn và pin Lithium-ion
Với những thông tin trên bài viết trên của Wuling EV Việt Nam, có lẽ phần nào bạn cũng có thể nhận ra được tiềm năng của pin thể rắn trong thị trường ô tô điện. Việc sử dụng pin thể rắn giúp các dòng ô tô điện hiện nay tối đa hóa diện tích và giảm trọng lượng xe đến mức thấp nhất. Để biết thêm thông tin về các công nghệ mới nhất cho xe ô tô điện, hãy theo dõi các bài viết tiếp theo trên website của Wuling EV Việt Nam.
