Phương Anh
Writer
Các công ty lớn và các nhà sản xuất xe hơi như Samsung và Toyota đang đặt cược lớn vào pin thể rắn. Đây là cách chúng hoạt động và tại sao chúng ta cần chúng.
Xe điện và pin cải tiến là một trong những nhân vật chính của Triển lãm ô tô quốc tế (IAA) năm nay tại Munich
Những công nghệ tiện lợi này lần đầu tiên được thương mại hóa vào năm 1991 bởi các công ty Nhật Bản Sony và Asahi Kasei đã hoàn toàn cách mạng hóa thế giới.
Pin Lithium-ion là một cách rất hiệu quả để lưu trữ năng lượng. So với các loại pin tiền nhiệm, chúng có mật độ năng lượng cao, có nghĩa là chúng có thể lưu trữ rất nhiều năng lượng trong một không gian nhỏ. Chúng cũng có tuổi thọ cao và có thể sạc lại nhiều lần. Thậm chí những thế hệ công nghệ tiếp theo đang được phát triển ngày một tốt hơn.
Pin sạc lại cũng đang đóng một vai trò quan trọng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu bằng cách cung cấp năng lượng cho các phương tiện điện tử. Đó là lý do tại sao ngày càng có nhiều quốc gia - trong đó có Canada, Anh, EU, Trung Quốc và Ấn Độ - đang lên kế hoạch cấm bán các phương tiện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch mới. Ở một số nơi, như Na Uy, lệnh cấm bắt đầu ngay sau năm 2030.
Trong "tam giác lithium" ở biên giới giữa Chile, Bolivia và Argentina được cho là nắm giữ hơn một nửa trữ lượng lithium của thế giới
Và khi triển lãm xe hơi IAA hàng năm của Đức bắt đầu tại Munich vào thứ Ba - một trong những triển lãm lớn nhất thế giới - xe điện và pin là một trong những công nghệ chính được giới thiệu trong triển lãm.
Đây là những đột phá lớn trong thế giới pin được công bố trong vài tháng qua bởi các công ty lớn và các nhà sản xuất ô tô khổng lồ như Samsung, Toyota, Ford và Honda.
Phần lớn tin đồn là về pin thể rắn. Chúng hứa hẹn sẽ tồn tại lâu dài hơn, nhỏ hơn, nhanh hơn để sạc và mang lại năng lương bền bỉ hơn. Một số công ty tuyên bố họ muốn bắt đầu sản xuất hàng loạt loại pin này sớm nhất là vào năm 2024.
Chúng hoạt động theo cùng một nguyên tắc, chỉ cần không có bất kỳ thành phần chất lỏng nào bên trong. Loại pin trên điện thoại thông minh của bạn có một thành phần chất lỏng được gọi là chất điện phân, cho phép các ion lithium chảy tự do. Và chúng sẽ cung cấp năng lượng cho các thiết bị của bạn.
Như bạn có thể biết, pin điện thoại của bạn thường không kéo dài quá lâu. Mọi người đều cảm thấy lo lắng "điện thoại của tôi dễ chết pin". Mặc dù tốt hơn so với loại pin tiền nhiệm, mật độ năng lượng của pin lithium-ion thông thường có thể được cải thiện. Chúng cũng sạc chậm và có tuổi thọ hạn chế. Điều này làm cho chúng ít lý tưởng hơn cho nhiều ứng dụng, trong đó có xe điện tử, cùng với các thiết bị y tế như máy tạo nhịp tim hoặc máy bay điện.
Ô tô điện hiện tại mất trung bình khoảng 5 giờ để sạc tại các trạm sạc nhanh. Ở nhà, với một ổ cắm trong nước, nó có thể mất thời gian hơn 4 lần
Pin thể rắn cũng có thể sạc nhanh hơn chất điện phân lỏng, khiến chúng phù hợp hơn với xe điện và các ứng dụng khác, sạc nhanh là một điều vô cùng quan trọng. Chúng ta sẽ không phải chờ quá lâu để xe hoạt động trở lại bình thường.
Pin thể rắn cũng an toàn hơn. Bởi vì chúng ít có khả năng bắt lửa hoặc phát nổ hơn pin lỏng, chúng phù hợp hơn để sử dụng trong các ứng dụng mà an toàn là mối quan tâm hàng đầu hiện nay, chẳng hạn như xe điện và máy bay không người lái.
Ít nhất, đó là theo lý thuyết. Tạo ra một loại pin thể rắn có sẵn trên thị trường thực tế với giá cả phải chăng là một vấn đề hoàn toàn khác.
Nhưng để hiểu điều đó có nghĩa là gì và tại sao pin thể rắn có sẵn trên thị trường sẽ là một bước đột phá, chúng ta hãy nhanh chóng xem qua những điều cơ bản về pin mà chúng ta đã biết.
Chìa khóa của pin dựa trên lithium là các nguyên tử lithium hiện nay hỗ trợ điện tử rất tốt. Họ thực sự muốn loại bỏ electron duy nhất mà họ có ở lớp vỏ bên ngoài của họ. Dòng chảy của các electron này là dòng điện phát ra từ pin.
Và nhân tiện, khi một nguyên tử lithium mất electron bên ngoài đó, nó sẽ trở thành một ion tích điện dương. Đó là nguồn gốc của cái tên "pin lithium-ion".
Lớp phân tách mà chúng tôi đã đề cập trước đó cho phép các ion liti đi qua, nhưng không phải electron. Vì vậy, nó cũng hoạt động như một chất cách điện.
Mặt điện cực âm của pin chứa than chì lưu trữ các nguyên tử lithium khi pin được sạc. Khi bạn cắm thiết bị, pin bắt đầu xả. Liti mất một electron thành dòng điện - biến nó thành ion - và ion đi qua chất điện phân lỏng và qua thiết bị phân tách vào phía điện cực dương. Mặt tích cực thường được tạo thành từ các hợp chất cũng có nhược điểm và hạn chế. Chưa kể rằng việc sử dụng chất điện giải lỏng có một số nhược điểm.
Về mặt dương, thay vì chứa điện cực oxit kim loại như pin điện phân lỏng tiêu chuẩn, lithium tinh khiết tích tụ ở dạng kim loại khi nó chảy từ phía âm sang dương trong quá trình phóng điện. Điều này giúp tiết kiệm rất nhiều không gian.
Chi phí bỏ ra cũng là một trong những yếu tố chính ở đây. Pin thể rắn hiện nay đắt hơn để sản xuất so với pin lithium-ion thông thường vì pin thể rắn sử dụng vật liệu đắt tiền và phức tạp hơn để sản xuất.
Nhiều lợi thế tiềm năng được thảo luận trước đó, chẳng hạn như tuổi thọ dài hơn, sạc nhanh hơn và mật độ năng lượng cao hơn, vẫn chưa được chuyển hoàn toàn thành các sản phẩm thương mại.
An toàn cũng là một vấn đề. Mặc dù pin thể rắn được coi là an toàn hơn so với pin thông thường, nhưng vẫn có những lo ngại về an toàn, đặc biệt là đoản mạch có thể xảy ra vấn đề do sự phát triển giống như kim loại của kim loại lithium.
Hầu hết các phát triển về pin thể rắn cho đến nay vẫn ở cấp độ phòng thí nghiệm và không rõ việc mở rộng quy mô của chúng hiện nay khó khăn như thế nào.
Tuy nhiên, có rất nhiều nghiên cứu và phát triển đang được thực hiện trong lĩnh vực này, và nhiều chuyên gia tin rằng pin thể rắn cuối cùng sẽ trở thành tiêu chuẩn trong các lĩnh vực như phân khúc xe điện. #pinthểrắn #pinxeđiệncầnbiết
Xe điện và pin cải tiến là một trong những nhân vật chính của Triển lãm ô tô quốc tế (IAA) năm nay tại Munich
Pin sạc Lithium-ion
Pin Lithium hiện nay là vô giá, có thể sạc lại, cho phép bạn sử dụng các thiết bị trong nhiều giờ hoặc thậm chí nhiều ngày tại một thời điểm, mang sức mạnh tính toán gấp hàng triệu lần những gì bạn bỏ ra so với thiết bị đã giúp các phi hành gia Apollo 11hạ cánh trên bề mặt mặt trăng vào tháng 7 năm 1969.Những công nghệ tiện lợi này lần đầu tiên được thương mại hóa vào năm 1991 bởi các công ty Nhật Bản Sony và Asahi Kasei đã hoàn toàn cách mạng hóa thế giới.
Pin Lithium-ion là một cách rất hiệu quả để lưu trữ năng lượng. So với các loại pin tiền nhiệm, chúng có mật độ năng lượng cao, có nghĩa là chúng có thể lưu trữ rất nhiều năng lượng trong một không gian nhỏ. Chúng cũng có tuổi thọ cao và có thể sạc lại nhiều lần. Thậm chí những thế hệ công nghệ tiếp theo đang được phát triển ngày một tốt hơn.
Pin sạc lại cũng đang đóng một vai trò quan trọng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu bằng cách cung cấp năng lượng cho các phương tiện điện tử. Đó là lý do tại sao ngày càng có nhiều quốc gia - trong đó có Canada, Anh, EU, Trung Quốc và Ấn Độ - đang lên kế hoạch cấm bán các phương tiện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch mới. Ở một số nơi, như Na Uy, lệnh cấm bắt đầu ngay sau năm 2030.
Trong "tam giác lithium" ở biên giới giữa Chile, Bolivia và Argentina được cho là nắm giữ hơn một nửa trữ lượng lithium của thế giới
Và khi triển lãm xe hơi IAA hàng năm của Đức bắt đầu tại Munich vào thứ Ba - một trong những triển lãm lớn nhất thế giới - xe điện và pin là một trong những công nghệ chính được giới thiệu trong triển lãm.
Đây là những đột phá lớn trong thế giới pin được công bố trong vài tháng qua bởi các công ty lớn và các nhà sản xuất ô tô khổng lồ như Samsung, Toyota, Ford và Honda.
Phần lớn tin đồn là về pin thể rắn. Chúng hứa hẹn sẽ tồn tại lâu dài hơn, nhỏ hơn, nhanh hơn để sạc và mang lại năng lương bền bỉ hơn. Một số công ty tuyên bố họ muốn bắt đầu sản xuất hàng loạt loại pin này sớm nhất là vào năm 2024.
Vậy thì pin thể rắn là gì?
Câu trả lời ngắn gọn nhất cho loại pin này chính là: Chúng giống như pin lithium thông thường, nhưng hoạt động tốt hơn.Chúng hoạt động theo cùng một nguyên tắc, chỉ cần không có bất kỳ thành phần chất lỏng nào bên trong. Loại pin trên điện thoại thông minh của bạn có một thành phần chất lỏng được gọi là chất điện phân, cho phép các ion lithium chảy tự do. Và chúng sẽ cung cấp năng lượng cho các thiết bị của bạn.
Tại sao chúng ta cần loại pin này?
Pin lithium chất lỏng - điện phân thông thường cần phải khá lớn để cung cấp năng lượng cho thứ gì đó có kích thước của ô tô. Chúng có vấn đề về an toàn và có thể phồng lên do thay đổi nhiệt độ hoặc rò rỉ khi thiết bị hoạt động quá mạnh. Chất lỏng bên trong cũng dễ cháy.Như bạn có thể biết, pin điện thoại của bạn thường không kéo dài quá lâu. Mọi người đều cảm thấy lo lắng "điện thoại của tôi dễ chết pin". Mặc dù tốt hơn so với loại pin tiền nhiệm, mật độ năng lượng của pin lithium-ion thông thường có thể được cải thiện. Chúng cũng sạc chậm và có tuổi thọ hạn chế. Điều này làm cho chúng ít lý tưởng hơn cho nhiều ứng dụng, trong đó có xe điện tử, cùng với các thiết bị y tế như máy tạo nhịp tim hoặc máy bay điện.
Ô tô điện hiện tại mất trung bình khoảng 5 giờ để sạc tại các trạm sạc nhanh. Ở nhà, với một ổ cắm trong nước, nó có thể mất thời gian hơn 4 lần
Pin thể rắn hoạt động tốt hơn như thế nào?
Pin thể rắn có mật độ năng lượng cao hơn so với các loại pin lithium-ion tiêu chuẩn, có nghĩa là chúng có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn trong cùng một thể tích. Điều này có thể chuyển thành xe điện hoặc điện thoại thông minh tầm xa hơn có thể sử dụng trong nhiều ngày chỉ với một lần sạc, cũng như pin nhỏ hơn, nhẹ hơn cho các thiết bị di động. Và ai biết được? Có thể một ngày nào đó chúng sẽ được sử dụng để khiến cho chuyến bay điện trở thành một kịch bản khả thi.Pin thể rắn cũng có thể sạc nhanh hơn chất điện phân lỏng, khiến chúng phù hợp hơn với xe điện và các ứng dụng khác, sạc nhanh là một điều vô cùng quan trọng. Chúng ta sẽ không phải chờ quá lâu để xe hoạt động trở lại bình thường.
Pin thể rắn cũng an toàn hơn. Bởi vì chúng ít có khả năng bắt lửa hoặc phát nổ hơn pin lỏng, chúng phù hợp hơn để sử dụng trong các ứng dụng mà an toàn là mối quan tâm hàng đầu hiện nay, chẳng hạn như xe điện và máy bay không người lái.
Ít nhất, đó là theo lý thuyết. Tạo ra một loại pin thể rắn có sẵn trên thị trường thực tế với giá cả phải chăng là một vấn đề hoàn toàn khác.
Nhưng để hiểu điều đó có nghĩa là gì và tại sao pin thể rắn có sẵn trên thị trường sẽ là một bước đột phá, chúng ta hãy nhanh chóng xem qua những điều cơ bản về pin mà chúng ta đã biết.
Pin lithium hoạt động như thế nào?
Các yếu tố cơ bản trong pin lithium-ion là một bên có điện cực dương, một bên có điện cực âm và một lớp phân tách ở giữa ngăn mọi tiếp xúc trực tiếp. Tất cả những gì được chìm trong chất điện phân lỏng.Chìa khóa của pin dựa trên lithium là các nguyên tử lithium hiện nay hỗ trợ điện tử rất tốt. Họ thực sự muốn loại bỏ electron duy nhất mà họ có ở lớp vỏ bên ngoài của họ. Dòng chảy của các electron này là dòng điện phát ra từ pin.
Và nhân tiện, khi một nguyên tử lithium mất electron bên ngoài đó, nó sẽ trở thành một ion tích điện dương. Đó là nguồn gốc của cái tên "pin lithium-ion".
Lớp phân tách mà chúng tôi đã đề cập trước đó cho phép các ion liti đi qua, nhưng không phải electron. Vì vậy, nó cũng hoạt động như một chất cách điện.
Mặt điện cực âm của pin chứa than chì lưu trữ các nguyên tử lithium khi pin được sạc. Khi bạn cắm thiết bị, pin bắt đầu xả. Liti mất một electron thành dòng điện - biến nó thành ion - và ion đi qua chất điện phân lỏng và qua thiết bị phân tách vào phía điện cực dương. Mặt tích cực thường được tạo thành từ các hợp chất cũng có nhược điểm và hạn chế. Chưa kể rằng việc sử dụng chất điện giải lỏng có một số nhược điểm.
Vậy pin thể rắn hoạt động như thế nào?
Pin thể rắn hoạt động khá giống pin lithium-ion thông thường, chỉ là chúng có chất điện phân rắn thay vì chất lỏng mà các ion lithium chảy qua. Tuy nhiên, nguyên tắc cơ bản là như nhau. Một điểm cộng lớn là không có vấn đề an toàn mà chất điện phân lỏng mang lại.Về mặt dương, thay vì chứa điện cực oxit kim loại như pin điện phân lỏng tiêu chuẩn, lithium tinh khiết tích tụ ở dạng kim loại khi nó chảy từ phía âm sang dương trong quá trình phóng điện. Điều này giúp tiết kiệm rất nhiều không gian.
Tại sao chúng không có trong mọi thiết bị điện tử?
Vâng, bởi vì chúng vẫn đang được phát triển, và một số thách thức vẫn phải vượt qua trước khi chúng được sử dụng rộng rãi.Chi phí bỏ ra cũng là một trong những yếu tố chính ở đây. Pin thể rắn hiện nay đắt hơn để sản xuất so với pin lithium-ion thông thường vì pin thể rắn sử dụng vật liệu đắt tiền và phức tạp hơn để sản xuất.
Nhiều lợi thế tiềm năng được thảo luận trước đó, chẳng hạn như tuổi thọ dài hơn, sạc nhanh hơn và mật độ năng lượng cao hơn, vẫn chưa được chuyển hoàn toàn thành các sản phẩm thương mại.
An toàn cũng là một vấn đề. Mặc dù pin thể rắn được coi là an toàn hơn so với pin thông thường, nhưng vẫn có những lo ngại về an toàn, đặc biệt là đoản mạch có thể xảy ra vấn đề do sự phát triển giống như kim loại của kim loại lithium.
Hầu hết các phát triển về pin thể rắn cho đến nay vẫn ở cấp độ phòng thí nghiệm và không rõ việc mở rộng quy mô của chúng hiện nay khó khăn như thế nào.
Tuy nhiên, có rất nhiều nghiên cứu và phát triển đang được thực hiện trong lĩnh vực này, và nhiều chuyên gia tin rằng pin thể rắn cuối cùng sẽ trở thành tiêu chuẩn trong các lĩnh vực như phân khúc xe điện. #pinthểrắn #pinxeđiệncầnbiết
