Pin thể rắn sẽ thay thế Lithium-ion trong tương lai gần

4

Pin thể rắn, có dung lượng cao hơn 60% và giảm khả năng cháy nổ so với Lithium-ion.

Nhật Bản đang là lực lượng đầu tiên trong cuộc cách mạng công nghệ sản xuất pin thể rắn để thay thế cho pin Lithium-ion phổ biến hiện nay. Theo thông tin từ WSJ, quốc gia này hiện đang sản xuất hàng nghìn viên pin thể rắn mỗi tháng và một số công ty đang mở rộng quy mô sản xuất trong năm nay.

Pin thể rắn của TDK, có kích thước so với hạt gạo, được thiết kế để cung cấp năng lượng cho các thành phần nhỏ bên trong máy in và các thiết bị đeo.
Pin thể rắn của TDK, có kích thước so với hạt gạo, được thiết kế để cung cấp năng lượng cho các thành phần nhỏ bên trong máy in và các thiết bị đeo.

Mục tiêu của các nhà sản xuất là tích hợp pin thể rắn vào smartphone và xe điện. Hiện tại, công nghệ mới này vẫn đang có chi phí cao và chưa trải qua thử nghiệm rộng rãi. Tuy nhiên, viên pin siêu nhỏ (cỡ chỉ bằng một hạt gạo) của công ty TDK đã được áp dụng cho một thành phần của máy in và đồng hồ đo năng lượng.

“Trước nhu cầu ngày càng tăng của các thiết bị lưu trữ năng lượng nhỏ gọn, chúng tôi cần phải tăng cường sản xuất để đáp ứng yêu cầu của khách hàng,” chia sẻ Masahiro Oishi, người đứng đầu dự án pin thể rắn của TDK.

Pin Lithium-ion đã mở ra kỷ nguyên của các thiết bị di động, xe điện và thiết bị lưu trữ năng lượng. Sony là công ty đầu tiên thương mại hóa Lithium-ion vào năm 1991. Tuy nhiên, pin này vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu của người dùng. “Mục tiêu của pin thể rắn là thay thế cho pin Lithium-ion trên smartphone,” Norjo Nakajima, Giám đốc điều hành của Murata, nói. Nhờ sử dụng chất điện phân rắn thay vì ở trạng thái lỏng như pin Lithium-ion, pin thể rắn giảm nguy cơ rò rỉ và cháy nổ.

So sánh giữa pin Lithium-ion và pin thể rắn, với cùng kích thước, trong quá trình sạc, pin thể rắn tích trữ lượng năng lượng nhiều hơn.
So sánh giữa pin Lithium-ion và pin thể rắn, với cùng kích thước, trong quá trình sạc, pin thể rắn tích trữ lượng năng lượng nhiều hơn.

Thực tế, viên pin thể rắn đầu tiên đã được tích hợp vào máy điều chỉnh nhịp tim từ năm 1970, nhưng ý tưởng ứng dụng công nghệ này trong các thiết bị tiêu thụ năng lượng nhiều hơn đã xuất hiện trong thập kỷ qua. Năm 2011, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Ryoji Kanno thuộc Viện Công nghệ Tokyo phát hiện một loại vật liệu rắn giống thủy tinh có khả năng dẫn điện như dung dịch điện phân hiện nay.

Ngoài ra, chất điện phân rắn cho phép nhà sản xuất pin tạo cực dương của pin bằng kim loại Lithium, thay vì sử dụng than chì. Lithium có khả năng chứa nhiều electron hơn so với than chì, giúp pin thể rắn có dung lượng cao hơn 60% so với pin Lithium-ion cùng kích cỡ.

Thách thức lớn nhất trong việc thương mại hóa loại pin này là về giá cả. Theo Nakajima, các công ty có thể điều chỉnh kích thước pin thể rắn phù hợp với nhiều loại thiết bị khác nhau. Tuy nhiên, theo kỹ sư của ông, việc này sẽ mất khoảng ba năm nghiên cứu trước khi có thể đưa vào sản xuất hàng loạt smartphone.

Milan Thakore, chuyên gia của công ty tư vấn năng lượng Wood Mackenzie, cho biết sản lượng kim loại Lithium vẫn rất nhỏ so với than chì. “Cho đến khi chúng ta chứng kiến chuỗi sản xuất và cung ứng quy mô lớn, pin thể rắn vẫn là công nghệ của năm 2030,” ông nói.

Tuy nhiên, các công ty ở Nhật Bản đang từng bước nỗ lực để tạo ra một cuộc cách mạng trong công nghệ pin. Hiện nay, TDK sản xuất khoảng 30.000 viên pin thể rắn mỗi tháng và kế hoạch tăng sản lượng lên 100.000 viên mỗi tháng trong năm nay.

Ngoài ứng dụng trên smartphone, pin thể rắn dành cho xe điện cũng hứa hẹn giúp các nhà sản xuất ô tô đơn giản hóa hệ thống tản nhiệt cồng kềnh cho pin Lithium-ion, từ đó làm cho chiếc xe trở nên nhẹ nhàng và mạnh mẽ hơn. Trong khi Nhật Bản là quốc gia sản xuất thành phần di động hàng đầu, nghiên cứu về xe điện liên quan đến một số startup Mỹ.

Pin Lithium-ion trên ôtô điện có kích thước lớn và hệ thống tản nhiệt phức tạp.
Pin Lithium-ion trên ôtô điện có kích thước lớn và hệ thống tản nhiệt phức tạp.

Solid Power, có trụ sở tại Colorado, đã nhận được 20 triệu USD vốn đầu tư và đang hợp tác với Ford để phát triển công nghệ pin mới. Theo Doug Campbell, Giám đốc điều hành của Solid Power, pin của công ty có kích thước ngang bằng một

chiếc điện thoại và “vượt lên trên pin Lithium-ion về cả mật độ năng lượng và hiệu suất an toàn.”

Tại Nhật Bản, Toyota và nhà sản xuất pin Panasonic tham gia dự án do chính phủ tài trợ, nghiên cứu về pin trạng thái rắn cho xe điện. Dự án nhằm tạo ra loại pin có dung lượng cao gấp ba lần pin Lithium-ion với chi phí chỉ bằng một phần ba. Kei Hoisoi, người đứng đầu dự án, cho biết tổ chức đã bắt đầu nghiên cứu từ năm 2018 và đã đạt được một số thành tựu, nhưng mục tiêu giảm giá của pin thể rắn vẫn còn rất xa.

“Hiện tại, chúng tôi có thể tạo ra pin thể rắn giống như loại được sử dụng trên mẫu xe Nissan Leaf,” Hosoi nói. “Nhưng chúng tôi vẫn chưa thể gia nhập thị trường cho đến khi chi phí chế tạo giảm xuống.”

Theo VNExpress