Nở rộ đầu tư pin thể rắn tại Trung Quốc
Hiện các công ty Trung Quốc đang đầu tư vào công nghệ pin thể rắn, hứa hẹn cung cấp đủ năng lượng cho các loại pin đủ nhỏ để cung cấp năng lượng cho ô tô chạy ít nhất 1.000 km (621 dặm) và taxi bay không người lái để đưa bạn từ sân bay đến khách sạn.
Công ty đầu tiên có thể đưa công nghệ pin thể rắn vào hoạt động sẽ ngay lập tức được đưa vào hàng ngũ những doanh nghiệp có giá trị nhất thế giới. Công ty đó có thể đến từ Trung Quốc, dựa trên hàng loạt thông báo và thông cáo báo chí gần đây từ Trung Quốc trong tháng qua về pin trạng thái rắn và bán rắn:
Tại Triển lãm ô tô Quảng Châu năm nay, diễn ra từ ngày 30 tháng 12 đến ngày 8 tháng 1, Dongfeng Motor cho biết đến năm 2024, họ sẽ sản xuất hàng loạt loại pin thể rắn có thể cung cấp cho ô tô phạm vi hoạt động 1.000 km (621 dặm).
Các nhà sản xuất pin hàng đầu của Trung Quốc, CATL và CALB, đã công bố dây chuyền sản xuất pin thể rắn, dự kiến sẽ có mặt trên thị trường vào năm 2030.
Hay công ty mẹ của TikTok, ByteDance gần đây đã công bố hợp tác với một nhóm tại Viện Vật lý thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc do Giáo sư Wú Fán dẫn đầu để phát triển một nguyên mẫu pin thể rắn.
Vào tháng 3 năm 2021, gã khổng lồ điện thoại thông minh Xiaomi cũng thông báo rằng họ sẽ chế tạo ô tô, dự kiến sản xuất hàng loạt vào năm 2024. Xiaomi đã đầu tư vào WeLion New Energy Technology, một trong những công ty khởi nghiệp về pin thể rắn hàng đầu của Trung Quốc.
Không chỉ ở Trung Quốc
Bên ngoài Trung Quốc, cũng có những tin tức đầy hứa hẹn về công nghệ thể rắn. Công ty QuantumScape của Mỹ (có các nhà đầu tư bao gồm Tập đoàn Volkswagen), đã công bố vào ngày 22/12/2022 rằng họ đã sản xuất được một nguyên mẫu pin thể rắn. Tập đoàn Volkswagen đã tuyên bố vào năm 2021 rằng họ dự kiến sẽ sử dụng pin thể rắn vào năm 2025, trong khi Hyundai Motor và BMW đã công bố kế hoạch sản xuất hàng loạt pin thể rắn vào năm 2030. Toyota, công ty nắm giữ nhiều bằng sáng chế nhất liên quan đến công nghệ pin thể rắn, cũng nhằm mục đích đạt được sản xuất hàng loạt vào năm 2030.
Vào tháng 5 năm 2021, các nhà khoa học Xin Li và Luohan Ye của Đại học Harvard đã xuất bản một bài báo trên tạp chí Nature về thiết kế mới của họ cho một loại pin thể rắn có thể tái sử dụng 10.000 lần và được sạc chỉ trong 3 phút. Trong cùng tháng đó, NASA cũng công bố tiến trình phát triển pin trạng thái rắn với mật độ năng lượng 500 Wh/kg.
Để sản xuất điện, pin lithium-ion di chuyển các ion lithium từ cực dương sang cực âm thông qua lớp điện phân lỏng. Đây là điểm mà pin thể rắn có một điểm khác biệt quan trọng: trái ngược với pin “lỏng”, lớp điện phân được làm bằng vật liệu gốm rắn, giúp pin an toàn hơn và sạc nhanh hơn, đồng thời mang lại cho chúng mật độ năng lượng cao hơn.
Giới hạn trên hiện tại về mật độ năng lượng của pin lithium-ion thông thường là 300-350 watt-giờ trên mỗi kilogam (Wh/kg), trong khi pin thể rắn dự kiến sẽ đạt 500 Wh/kg. Ngoài ra, pin thể rắn có thể có lượng khí thải carbon nhỏ hơn khoảng 24% so với pin thông thường và mặc dù chúng sẽ sử dụng lượng lithium nhiều hơn tới 35% so với pin lithium-ion hiện tại, nhưng chúng sẽ sử dụng ít than chì và coban hơn nhiều.
Ưu, nhược điểm pin thể rắn
Pin thể rắn là sản phẩm được sáng chế nhằm khắc phục những hạn chế của pin thể lỏng. Về bản chất, loại pin này đã cải tiến rất nhiều qua thời gian và sở hữu nhiều ưu điểm đáng tự hào, tuy nhiên chúng vẫn chưa thực sự đáp ứng được sự kỳ vọng của con người.
Pin thể rắn là loại pin sử dụng chất điện phân rắn, có thể bằng chất liệu hợp kim hoặc kim loại như coban, liti mà không phải chất lỏng giống pin Lithium - ion. Chất điện phân dạng rắn này cũng có xu hướng hoạt động như chất phân tách của pin. Tuy nhiên, với những chất rắn khác nhau, cường độ và hiệu quả hoạt động sẽ khác nhau. Điều này đồng nghĩa với việc, mặc dù đều là pin thể rắn nhưng con người hoàn toàn có thể tạo ra nhiều loại với cường độ hoạt động cao hơn.
Loại pin này được làm chủ yếu từ chất liệu rắn vì thế khả năng bắt lửa thấp, mật độ ổn định điện hóa cao hơn giúp tăng độ an toàn trong quá trình sử dụng xe điện. Nhờ vào đó, các trường hợp cháy nổ pin sẽ được hạn chế một cách tối đa nhất. Chưa hết, chất điện phân rắn còn cho phép pin xe điện có thể hoạt động ở dòng điện cao mà ít hư hỏng, tuổi thọ cao hơn và đem đến tốc độ sạc nhanh vượt trội. Theo một nghiên cứu gần đây của Samsung, xe ô tô điện nếu được trang bị pin thể rắn sẽ có thể đi được quãng đường tối đa là 800km chỉ với một lần sạc. Điều này sẽ giúp người dùng tiết kiệm tối đa thời gian, tăng phạm vi sử dụng, đồng thời nâng tổng số lần sạc pin cho xe điện.
Cản trở lớn nhất trong quá trình vận hành và sản xuất pin thể rắn là độ giòn cao, dễ gặp sự cố không mong muốn. Điều này gây bất lợi cho nhà sản xuất và cả người dùng vì khó để đảm bảo pin sẽ giữ nguyên hiện trạng trong những trường hợp bị va đập hay xảy ra sự cố bất ngờ. Không ít các cuộc nghiên cứu được diễn ra nhằm khắc phục nhược điểm này của pin thể rắn. Tuy nhiên, việc tìm ra một loại chất rắn có khả năng dẫn điện tốt, khả năng chịu lực cao vẫn còn là bài toán nan giải.
Trình độ vẫn chưa đạt
Pin thể rắn là một triển vọng sinh lợi cho các nhà sản xuất pin và xe điện (EV). Tuy nhiên, cho đến nay, đã có rất nhiều cuộc trao đổi và không có nhiều bằng chứng chắc chắn rằng bất kỳ ai cũng có thể khiến chúng hoạt động.
Không có công ty nào thực sự sản xuất một mẫu pin thể rắn; thứ tốt nhất chúng ta có cho đến nay là pin trạng thái bán rắn, một công nghệ trung gian trong đó vật liệu và công nghệ đóng gói gần giống với pin lỏng.
Pin thể rắn sẽ là bước phát triển mang tính cách mạng trong ngành pin và xe điện. Một loạt các công ty Trung Quốc đang chạy đua để sản xuất hàng loạt phiên bản thương mại đầu tiên, nhưng bất chấp mọi lời bàn tán về những đột phá và thiết kế mới, pin thể rắn có thể vẫn còn nhiều năm nữa mới xuất hiện trên thị trường.
Google translate