Xe điện sẽ phải chờ pin thể rắn 'thay đổi cuộc chơi'

Nhiều khía cạnh của một chiếc xe điện cũng giống như một chiếc xe chạy bằng xăng: ghế là ghế, lốp là lốp, vô lăng vẫn quay phải và trái. Nhưng sự khác biệt lớn nhất và sẽ tạo ra hoặc phá vỡ việc áp dụng xe điện hàng loạt đó là do chủng loại pin.

Đó là lý do tại sao một số nghiên cứu thú vị nhất trong bối cảnh ô tô hiện đại tập trung vào công nghệ pin, và pin thể rắn là một lĩnh vực đang được khám phá. Sự thay thế này cho pin lithium ion được sử dụng ngày nay hứa hẹn sẽ cải thiện phạm vi hoạt động của xe, giảm thời gian sạc và loại bỏ nguy cơ cháy pin.

Pin thể rắn là một trong số những chủ đề lớn nhất trong công nghệ năng lượng hiện nay, với tiềm năng đóng góp vào nỗ lực toàn cầu nhằm xây dựng nền kinh tế trung hòa carbon. Theo một số nhà khoa học, khi nói đến việc cung cấp năng lượng cho xe điện, pin lithium-ion đang đạt đến giới hạn về hiệu suất. Vì thế mà sự chú ý đang chuyển sang pin thể rắn, loại pin cho thấy tiềm năng đạt được mật độ năng lượng lớn hơn nhiều, sạc lại trong một khoảng thời gian ngắn và ít gây cháy nổ hơn.

Toyota Motor cho biết, họ đặt mục tiêu trang bị pin thể rắn cho ô tô vào năm 2025, bắt đầu với xe hybrid. Nhà sản xuất ô tô Nhật Bản này cũng đã vận hành một chiếc xe nguyên mẫu được trang bị pin thể rắn vào năm 2020. Toyota còn dẫn đầu với hơn 1.300 bằng sáng chế liên quan đến pin thể rắn. Hyundai, BMW, Ford, GM, Volkswagen, v.v. cũng tiến hành nghiên cứu tương tự, theo báo cáo của JD Power.

Trong khi đó, Honda Motor sẽ bắt đầu dây chuyền sản xuất thử nghiệm vào mùa xuân năm 2024, và xe điện chạy bằng pin thể rắn sẽ được tung ra thị trường vào cuối năm đó. Còn Nissan Motor đặt mục tiêu lắp đặt pin thể rắn vào xe điện vào năm tài chính 2028.

Trong tương lai, tàu hỏa, máy bay và xe tải cũng có thể sử dụng pin thể rắn, tạo tiền đề cho quá trình điện khí hóa phương tiện giao thông rộng lớn hơn nhiều so với những gì chúng ta có thể hình dung ở giai đoạn hiện tại. Đây là những gì bạn cần biết về công nghệ có khả năng thay đổi cuộc chơi này.

Pin trạng thái rắn hoạt động giống như bất kỳ loại pin nào khác. Chúng lấy năng lượng vào, lưu trữ và giải phóng năng lượng cho các thiết bị—từ Walkmen đến đồng hồ và giờ đây là động cơ xe cộ. Sự khác biệt là các vật liệu bên trong nó.

Pin lithium ion, được sử dụng trong xe điện ngày nay, có  dung dịch điện phân dạng lỏng được kẹp giữa cực âm và cực dương của chúng. Trong khi đó, pin thể rắn sử dụng chất điện phân rắn.

Mật độ tăng có nghĩa là pin thể rắn có thể chứa dung lượng gấp 2 đến 10 lần so với pin lithium ion, báo cáo của AutoWeek dẫn tin.

Nghiêm trọng hơn, với những báo cáo đáng sợ về các vụ cháy nổ ắc quy, xe điện đã bị mang tiếng xấu là que diêm khổng lồ. Nhưng trên thực tế, vinh dự đó nên thuộc về pin lithium ion. Trao đổi nó để chuyển qua dùng pin thể rắn thì xe điện có nguy cơ cháy nổ rất thấp. Bởi chất điện phân lỏng trong pin lithium ion dễ cháy, nhưng vì pin thể rắn không có chất lỏng đó nên chúng không có nguy cơ cháy cao đến như vậy.

Hỏa hoạn từ pin lithium ion rất hiếm và các nhà sản xuất ô tô đã trang bị vỏ bọc và các biện pháp bảo vệ để tránh chúng, nhưng khi chúng xảy ra, chúng rất mạnh và khó dập tắt, đôi khi tiêu tốn hàng nghìn gallon nước. Chế tạo xe điện không bắt lửa chắc chắn là một thắng lợi lớn đối với người lái xe, người dân và sở cứu hỏa.

Tại sao xe điện chưa sử dụng pin thể rắn?

Pin thể rắn đã tồn tại, chỉ có trong các thiết bị nhỏ hơn nhiều như đồng hồ thông minh, máy điều hòa nhịp tim và thẻ RFID. Rào cản đối với việc sử dụng chúng trong xe điện chủ yếu là chúng đắt tiền và khó sản xuất ở quy mô lớn hơn, Tạp chí Vox  giải thích.

Với việc các phương tiện chạy bằng pin đã đắt hơn so với các phương tiện chạy bằng khí đốt, nên người tiêu dùng sẽ sớm không còn hứng thú với những phương tiện thậm chí còn đắt tiền hơn như thế nữ.

Tuổi thọ là một vấn đề khác, nhưng Honda cho biết họ có giải pháp. Các chất điện phân rắn có thể xuống cấp theo thời gian, vì vậy Honda có kế hoạch bảo vệ nó bằng cách bọc nó trong một loại vải polyme mới, tạp chí Ars Technica  đưa tin.

Một trong những vấn đề lớn khác mà các kỹ sư đang cố gắng khắc phục là công suất và các vấn đề khác xảy ra sau nhiều chu kỳ sạc và xả trên dòng pin này.

Masahiko Maeda, giám đốc công nghệ của Toyota cho biết: "Thành thật mà nói, đó không phải là một tình huống lạc quan".

Pin thể rắn đang tỏ ra phức tạp để phát triển vì cấu trúc của chúng hoàn toàn khác với pin lithium-ion, loại pin chứa chất điện phân lỏng. Với chất lỏng, tất cả những gì cần thiết là ngâm các điện cực. Nhưng chất điện phân rắn đòi hỏi công nghệ đặc biệt để làm cho chúng dính vào vật liệu.

Nói tóm lại, pin thể rắn cũng cần phải trải qua nhiều thử nghiệm về độ bền trên đường và tuổi thọ cho việc lái xe hàng ngày. Hãy nhớ rằng, chúng ta đang nói về việc lấy một thứ gì đó đeo trên cổ tay và sử dụng nó để di chuyển ô tô hoặc xe tải lần đầu tiên.

Ryoji Kanno, giáo sư tại Viện Công nghệ Tokyo chuyên về lĩnh vực này cho biết: "Các công ty đang tìm cách thương mại hóa pin thể rắn mới chỉ đi được nửa chặng đường".

Theo nhà nghiên cứu Fuji Keizai có trụ sở tại Tokyo, thị trường pin thể rắn toàn cầu đang trên đà tăng trưởng lên khoảng 29 tỷ USD vào năm 2040. Công ty dự đoán xe điện sẽ thúc đẩy nhu cầu về pin này bắt đầu từ năm 2030.