Bui Nhat Minh
Intern Writer
Bên trong phòng khô sáng trắng tại cơ sở của Solid Power ở Louisville, bang Colorado, những chiếc quạt và hệ thống làm mát kêu êm ả như lời thì thầm. Trong môi trường không có độ ẩm và chất gây ô nhiễm, công ty này đã chế tạo thành công những cell pin lithium kim loại thể rắn đầu tiên có kích thước tiêu chuẩn một bước ngoặt lớn trong ngành lưu trữ năng lượng.
Các nguyên mẫu pin của Solid Power sáng bạc nổi bật trong khung cảnh sạch sẽ, đánh dấu sự tiến bộ đáng kể. Dù tiềm năng lý thuyết của pin thể rắn là tăng công suất gấp 10 lần (hoặc giảm kích thước tương ứng) so với pin lithium-ion hiện tại, Solid Power vẫn hướng đến những cải tiến khiêm tốn hơn ở giai đoạn đầu nhưng vẫn kỳ vọng đạt hiệu suất cao hơn 80% trong tương lai gần.
Ngày 7 tháng 8 năm 2021, ba kỹ sư trong bộ đồ bảo hộ Tyvek bước vào phòng khô và thử nghiệm điện áp với nguyên mẫu lớn nhất của pin lithium kim loại. Giám đốc công nghệ Josh Buettner-Garrett theo dõi từ văn phòng, vừa tự tin vừa thấp thỏm: “Chúng tôi biết mình có thể tạo ra thứ trông giống cell pin, nhưng vẫn có khả năng đó chỉ là một viên gạch.”
Pin lithium-ion hiện đại, vốn mang về giải Nobel cho các nhà phát minh, đã cách mạng hóa thiết bị điện tử cầm tay và xe điện kể từ thập niên 1990. Trước đó, pin lithium-iodine đã từng giúp kéo dài tuổi thọ máy tạo nhịp tim từ 2 năm lên 10 năm. Lý do đằng sau sự hấp dẫn của lithium là nhờ nó dẫn điện rất tốt, có điện thế cao và kích thước ion nhỏ giúp tối ưu hóa mật độ năng lượng.
Trong pin lithium-ion, chất điện phân lỏng cho phép ion di chuyển giữa cực dương (hợp chất lithium) và cực âm (than chì). Tuy nhiên, dung lượng của lithium kim loại lại cao gấp 10 lần so với than chì. Đây là lý do giới khoa học, từ Đại học Michigan đến Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương, đang dồn lực vào nghiên cứu pin thể rắn dùng lithium kim loại.
Nhưng lithium cũng nổi tiếng là chất rất phản ứng dễ ăn mòn, dễ cháy. Một trong những vấn đề lớn là sự hình thành các nhánh dendrite từ cực dương có thể gây đoản mạch, cháy nổ. Để giải quyết điều này, chất điện phân rắn (thường là vật liệu gốm) được phát triển nhằm ngăn dendrite phát triển, từ đó tăng độ an toàn và độ bền của pin.
Tuy nhiên, chất điện phân rắn cũng mang lại nhiều thách thức: khó chế tạo, khó kết nối với các cực, lại giòn dễ nứt đòi hỏi các công ty như Solid Power phải đầu tư lớn vào công nghệ sản xuất.
Một yếu tố quan trọng khác là tuổi thọ sạc. Trong khi pin lithium-ion hiện tại có thể sạc khoảng 1.000 chu kỳ trước khi giảm hiệu suất, các nhà nghiên cứu đang tìm cách vượt qua con số đó. Năm 2021, Đại học Harvard công bố mẫu pin lithium kim loại có thể giữ điện sau hơn 10.000 lần sạc, tương đương 25 đến 50 năm sử dụng dù đó mới chỉ là pin dạng đồng xu nhỏ.
Dù còn hạn chế trong ứng dụng thực tế, mẫu pin này có thể sạc đầy chỉ trong 3 phút. Nếu công nghệ tương tự áp dụng cho xe điện, việc sạc xe sẽ nhanh như đổ đầy bình xăng một thay đổi mang tính đột phá. Hiện tại, hầu hết xe điện cần ít nhất 3 tiếng để sạc.
Một số mẫu xe điện trang bị pin thể rắn đã được trình diễn tại Thế vận hội Tokyo bởi Toyota, dù thông tin chi tiết chưa được công bố. Solid Power, hợp tác với BMW và Ford, dự kiến cần thêm khoảng 5 năm nữa để thương mại hóa pin cho ô tô. Mục tiêu là tăng gấp đôi mật độ năng lượng so với pin hiện tại và đạt 90% dung lượng sạc trong 10 phút.
Theo CEO Doug Campbell, Solid Power đang đi trước nhiều đối thủ, nhờ việc cải tiến trên nền công nghệ sản xuất pin lithium-ion sẵn có. Dù vẫn còn là cuộc đua dài hơi, rõ ràng pin thể rắn đang trở thành tương lai không thể bỏ qua của xe điện. (popularmechanics)
Các nguyên mẫu pin của Solid Power sáng bạc nổi bật trong khung cảnh sạch sẽ, đánh dấu sự tiến bộ đáng kể. Dù tiềm năng lý thuyết của pin thể rắn là tăng công suất gấp 10 lần (hoặc giảm kích thước tương ứng) so với pin lithium-ion hiện tại, Solid Power vẫn hướng đến những cải tiến khiêm tốn hơn ở giai đoạn đầu nhưng vẫn kỳ vọng đạt hiệu suất cao hơn 80% trong tương lai gần.
Ngày 7 tháng 8 năm 2021, ba kỹ sư trong bộ đồ bảo hộ Tyvek bước vào phòng khô và thử nghiệm điện áp với nguyên mẫu lớn nhất của pin lithium kim loại. Giám đốc công nghệ Josh Buettner-Garrett theo dõi từ văn phòng, vừa tự tin vừa thấp thỏm: “Chúng tôi biết mình có thể tạo ra thứ trông giống cell pin, nhưng vẫn có khả năng đó chỉ là một viên gạch.”
Tại sao lithium kim loại lại hấp dẫn đến vậy?
Pin lithium-ion hiện đại, vốn mang về giải Nobel cho các nhà phát minh, đã cách mạng hóa thiết bị điện tử cầm tay và xe điện kể từ thập niên 1990. Trước đó, pin lithium-iodine đã từng giúp kéo dài tuổi thọ máy tạo nhịp tim từ 2 năm lên 10 năm. Lý do đằng sau sự hấp dẫn của lithium là nhờ nó dẫn điện rất tốt, có điện thế cao và kích thước ion nhỏ giúp tối ưu hóa mật độ năng lượng.
Trong pin lithium-ion, chất điện phân lỏng cho phép ion di chuyển giữa cực dương (hợp chất lithium) và cực âm (than chì). Tuy nhiên, dung lượng của lithium kim loại lại cao gấp 10 lần so với than chì. Đây là lý do giới khoa học, từ Đại học Michigan đến Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương, đang dồn lực vào nghiên cứu pin thể rắn dùng lithium kim loại.
Nhưng lithium cũng nổi tiếng là chất rất phản ứng dễ ăn mòn, dễ cháy. Một trong những vấn đề lớn là sự hình thành các nhánh dendrite từ cực dương có thể gây đoản mạch, cháy nổ. Để giải quyết điều này, chất điện phân rắn (thường là vật liệu gốm) được phát triển nhằm ngăn dendrite phát triển, từ đó tăng độ an toàn và độ bền của pin.
Tuy nhiên, chất điện phân rắn cũng mang lại nhiều thách thức: khó chế tạo, khó kết nối với các cực, lại giòn dễ nứt đòi hỏi các công ty như Solid Power phải đầu tư lớn vào công nghệ sản xuất.
Tương lai xe điện với pin sạc nhanh, siêu bền
Một yếu tố quan trọng khác là tuổi thọ sạc. Trong khi pin lithium-ion hiện tại có thể sạc khoảng 1.000 chu kỳ trước khi giảm hiệu suất, các nhà nghiên cứu đang tìm cách vượt qua con số đó. Năm 2021, Đại học Harvard công bố mẫu pin lithium kim loại có thể giữ điện sau hơn 10.000 lần sạc, tương đương 25 đến 50 năm sử dụng dù đó mới chỉ là pin dạng đồng xu nhỏ.
Dù còn hạn chế trong ứng dụng thực tế, mẫu pin này có thể sạc đầy chỉ trong 3 phút. Nếu công nghệ tương tự áp dụng cho xe điện, việc sạc xe sẽ nhanh như đổ đầy bình xăng một thay đổi mang tính đột phá. Hiện tại, hầu hết xe điện cần ít nhất 3 tiếng để sạc.
Một số mẫu xe điện trang bị pin thể rắn đã được trình diễn tại Thế vận hội Tokyo bởi Toyota, dù thông tin chi tiết chưa được công bố. Solid Power, hợp tác với BMW và Ford, dự kiến cần thêm khoảng 5 năm nữa để thương mại hóa pin cho ô tô. Mục tiêu là tăng gấp đôi mật độ năng lượng so với pin hiện tại và đạt 90% dung lượng sạc trong 10 phút.
Theo CEO Doug Campbell, Solid Power đang đi trước nhiều đối thủ, nhờ việc cải tiến trên nền công nghệ sản xuất pin lithium-ion sẵn có. Dù vẫn còn là cuộc đua dài hơi, rõ ràng pin thể rắn đang trở thành tương lai không thể bỏ qua của xe điện. (popularmechanics)
