Nguyễn Đức Thao
Writer
Pin thể rắn có thể cho phép xe điện chạy được 965 km và giảm hỏa hoạn. Hiện nay, các nhà sản xuất pin đang chạy đua để đưa chúng về đích.
Trong gần hai thập kỷ, pin thể rắn đã được ca ngợi là bước đột phá cho xe điện. Một bước đột phá hứa hẹn sẽ loại bỏ nỗi lo về phạm vi hoạt động, cắt giảm thời gian sạc và làm cho xe điện trở nên thiết thực và tiện lợi như xe chạy bằng xăng—mà không có khí thải từ ống xả gây ô nhiễm không khí và gây hại cho sức khỏe con người.
Tuy nhiên, pin thể rắn có vẻ như bị mắc kẹt trong phòng thí nghiệm. Vậy điều gì đang kìm hãm chúng? Chúng gần đến mức nào với việc cung cấp năng lượng cho EV? Chúng có thực sự tồn tại hay công nghệ này sẽ mãi là khoa học viễn tưởng?
Các chuyên gia nói với InsideEVs rằng tiến trình phát triển pin thể rắn không chậm như vẻ bề ngoài. Các công ty đang tiến gần hơn bao giờ hết đến quá trình thương mại hóa, nhưng vẫn còn nhiều rào cản. Giống như pin lithium-ion, quá trình phát triển của chúng dự kiến sẽ chậm và dần dần. Pin bán thể rắn sẽ ra mắt thị trường đầu tiên, đóng vai trò là "công nghệ cầu nối" trước khi các bộ pin thể rắn hoàn toàn được sản xuất hàng loạt.
“Chúng tôi đang trong giai đoạn tiên phong đột phá để đưa chúng đến gần hơn với các ứng dụng ô tô”, Siyu Huang, CEO của công ty khởi nghiệp về pin Factorial chia sẻ với InsideEVs. “Thách thức chính đối với pin thể rắn là khả năng mở rộng quy mô”, bà nói thêm - khả năng sản xuất chúng với số lượng lớn.
Trong một cell pin lithium-ion truyền thống, chất điện phân—vật liệu mang các ion mang điện tích giữa các chu kỳ sạc và xả—thường là một hóa chất lỏng gốc lithium. Pin thể rắn thay thế chất này bằng chất điện phân rắn, thường được làm từ polyme, sunfua hoặc oxit. Mục tiêu vẫn như vậy: vận chuyển electron giữa cực âm và cực dương để cung cấp năng lượng cho xe.
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng công tắc này mang lại những lợi thế quan trọng. Pin thể rắn chứa nhiều năng lượng hơn vào một không gian nhỏ hơn; chúng sạc nhanh hơn đồng thời an toàn hơn và mang lại độ ổn định nhiệt tốt hơn so với pin lithium-ion truyền thống. Về lý thuyết, điều này sẽ loại bỏ nhiều vấn đề phổ biến và rắc rối với EV: mất phạm vi hoạt động ở nhiệt độ khắc nghiệt, nguy cơ cháy nổ và nhiều vấn đề khác.
Mặt khác, pin bán rắn sử dụng chất điện phân dạng gel thay vì chất điện phân hoàn toàn dạng lỏng hoặc rắn, mang lại mật độ năng lượng và độ an toàn tốt hơn. Chúng là giải pháp lai giữa pin lithium-ion thông thường và tất cả các loại pin thể rắn.
Hiện nay, có một động thái lớn để đưa cả hai loại hóa chất pin này vào cuộc sống. Factorial có trụ sở tại Massachusetts của Huang là một trong những công ty dẫn đầu trong lĩnh vực này. Công ty đã ký kết các thỏa thuận phát triển chung với Mercedes-Benz, Stellantis và Hyundai Motor Group (thậm chí có thể tiết lộ các nguyên mẫu trạng thái rắn của riêng mình vào tháng tới, theo các báo cáo).
Một số công ty khác cũng đang chạy đua để phát triển công nghệ này. QuantumScape có trụ sở tại California đã ký thỏa thuận với công ty con về pin PowerCo của Volkswagen Group để công nghiệp hóa pin thể rắn. BMW Group và Ford đã đầu tư hàng triệu đô la vào Solid Power có trụ sở tại Colorado. Toyota và Honda đang dẫn đầu các nỗ lực phát triển pin thể rắn nội bộ của riêng họ tại Nhật Bản.
Năm ngoái, Factorial đã tiết lộ pin thể rắn Solstice của mình. Pin này sử dụng chất điện phân gốc sulfide được cho là đạt được mật độ năng lượng đột phá là 450 watt-giờ trên một kilôgam. Hầu hết các cell pin lithium-ion hiện đang được sử dụng trong xe điện đều có mật độ năng lượng dưới 300 Wh/kg. Mật độ năng lượng cao hơn có nghĩa là pin xe điện có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn mà không trở nên lớn hơn hoặc nặng hơn, dẫn đến phạm vi lái xe dài hơn.
Tuy nhiên, sản xuất hàng loạt pin thể rắn là một rào cản lớn. Liz Najman, giám đốc phân tích thị trường tại công ty khởi nghiệp về sức khỏe và dữ liệu pin Recurrent, cho biết: "Một phần của vấn đề về thời gian là bạn không thể sử dụng cùng một nhà máy sản xuất và quy trình cho SSB". "Bạn cần phải xây dựng mọi thứ mới, điều này đòi hỏi tiền bạc và thời gian".
Tuy nhiên, pin bán rắn của Factorial là giải pháp trong ngắn hạn có thể mang lại hiệu suất cao và dễ dàng mở rộng quy mô. Nó sử dụng vật liệu dạng gel cho chất điện phân cùng với cực dương kim loại lithium và cực âm dung lượng cao. Công ty tuyên bố rằng điều này kết hợp những ưu điểm của chất điện phân rắn với khả năng sản xuất của pin lithium-ion thông thường.
Pin bán rắn đã thâm nhập vào thị trường Trung Quốc. Năm ngoái, một chủ sở hữu Nio ET7 đã đạt được phạm vi hoạt động 892 km chỉ với một lần sạc, nhờ bộ pin bán rắn 150 kilowatt giờ.
Họ cũng sẽ sớm đến Hoa Kỳ. Stellantis đã hứa sẽ ra mắt một đội xe trình diễn Dodge Charger Daytona được trang bị pin bán rắn của Factorial vào năm tới. Người ta cho rằng nó có mật độ năng lượng là 390 Wh/kg, cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn hiện tại của ngành là khoảng 250-300 Wh/kg.
Chúng cũng mang lại lợi thế lớn về trọng lượng. Huang nói thêm rằng pin thể rắn có thể tiết kiệm tới 90-135 kg ở cấp độ gói. "Ở cấp độ xe, SSB thậm chí có thể tiết kiệm tới 450 kg", cô nói. "Nếu chúng tôi giảm trọng lượng gói, chúng tôi cũng có thể giảm các cấu trúc hỗ trợ". Việc tiết kiệm trọng lượng có liên quan trực tiếp đến việc tiết kiệm chi phí. Với mỗi kg được loại bỏ, các nhà sản xuất pin có thể tiết kiệm được khoảng 11 USD. Nếu họ có thể cắt giảm 450 kg, đó là một sự khác biệt lớn về chi phí.
Najman của Recurrent cho biết: "Hoa Kỳ thực sự thích những chiếc SUV và xe tải lớn, không có tính khí động học". "Những chiếc xe này cần những cục pin lớn để bù đắp cho đặc tính vật lý kém của chúng và chúng thực sự nặng. SSB có thể cung cấp nhiều năng lượng hơn trong một gói nhẹ hơn nhiều, vì vậy chúng có thể được sử dụng trong phân khúc SUV/xe tải".
Tuy nhiên, các nhà sản xuất ô tô đang chuyển sang hệ thống truyền động tầm xa cho những chiếc xe lớn hơn, có máy phát điện dự phòng để sạc pin.
Nguồn: InsideEV
Trong gần hai thập kỷ, pin thể rắn đã được ca ngợi là bước đột phá cho xe điện. Một bước đột phá hứa hẹn sẽ loại bỏ nỗi lo về phạm vi hoạt động, cắt giảm thời gian sạc và làm cho xe điện trở nên thiết thực và tiện lợi như xe chạy bằng xăng—mà không có khí thải từ ống xả gây ô nhiễm không khí và gây hại cho sức khỏe con người.
Tuy nhiên, pin thể rắn có vẻ như bị mắc kẹt trong phòng thí nghiệm. Vậy điều gì đang kìm hãm chúng? Chúng gần đến mức nào với việc cung cấp năng lượng cho EV? Chúng có thực sự tồn tại hay công nghệ này sẽ mãi là khoa học viễn tưởng?
Các chuyên gia nói với InsideEVs rằng tiến trình phát triển pin thể rắn không chậm như vẻ bề ngoài. Các công ty đang tiến gần hơn bao giờ hết đến quá trình thương mại hóa, nhưng vẫn còn nhiều rào cản. Giống như pin lithium-ion, quá trình phát triển của chúng dự kiến sẽ chậm và dần dần. Pin bán thể rắn sẽ ra mắt thị trường đầu tiên, đóng vai trò là "công nghệ cầu nối" trước khi các bộ pin thể rắn hoàn toàn được sản xuất hàng loạt.
“Chúng tôi đang trong giai đoạn tiên phong đột phá để đưa chúng đến gần hơn với các ứng dụng ô tô”, Siyu Huang, CEO của công ty khởi nghiệp về pin Factorial chia sẻ với InsideEVs. “Thách thức chính đối với pin thể rắn là khả năng mở rộng quy mô”, bà nói thêm - khả năng sản xuất chúng với số lượng lớn.
Cách thức hoạt động
Trong một cell pin lithium-ion truyền thống, chất điện phân—vật liệu mang các ion mang điện tích giữa các chu kỳ sạc và xả—thường là một hóa chất lỏng gốc lithium. Pin thể rắn thay thế chất này bằng chất điện phân rắn, thường được làm từ polyme, sunfua hoặc oxit. Mục tiêu vẫn như vậy: vận chuyển electron giữa cực âm và cực dương để cung cấp năng lượng cho xe.
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng công tắc này mang lại những lợi thế quan trọng. Pin thể rắn chứa nhiều năng lượng hơn vào một không gian nhỏ hơn; chúng sạc nhanh hơn đồng thời an toàn hơn và mang lại độ ổn định nhiệt tốt hơn so với pin lithium-ion truyền thống. Về lý thuyết, điều này sẽ loại bỏ nhiều vấn đề phổ biến và rắc rối với EV: mất phạm vi hoạt động ở nhiệt độ khắc nghiệt, nguy cơ cháy nổ và nhiều vấn đề khác.
Mặt khác, pin bán rắn sử dụng chất điện phân dạng gel thay vì chất điện phân hoàn toàn dạng lỏng hoặc rắn, mang lại mật độ năng lượng và độ an toàn tốt hơn. Chúng là giải pháp lai giữa pin lithium-ion thông thường và tất cả các loại pin thể rắn.
Hiện nay, có một động thái lớn để đưa cả hai loại hóa chất pin này vào cuộc sống. Factorial có trụ sở tại Massachusetts của Huang là một trong những công ty dẫn đầu trong lĩnh vực này. Công ty đã ký kết các thỏa thuận phát triển chung với Mercedes-Benz, Stellantis và Hyundai Motor Group (thậm chí có thể tiết lộ các nguyên mẫu trạng thái rắn của riêng mình vào tháng tới, theo các báo cáo).
Một số công ty khác cũng đang chạy đua để phát triển công nghệ này. QuantumScape có trụ sở tại California đã ký thỏa thuận với công ty con về pin PowerCo của Volkswagen Group để công nghiệp hóa pin thể rắn. BMW Group và Ford đã đầu tư hàng triệu đô la vào Solid Power có trụ sở tại Colorado. Toyota và Honda đang dẫn đầu các nỗ lực phát triển pin thể rắn nội bộ của riêng họ tại Nhật Bản.
Năm ngoái, Factorial đã tiết lộ pin thể rắn Solstice của mình. Pin này sử dụng chất điện phân gốc sulfide được cho là đạt được mật độ năng lượng đột phá là 450 watt-giờ trên một kilôgam. Hầu hết các cell pin lithium-ion hiện đang được sử dụng trong xe điện đều có mật độ năng lượng dưới 300 Wh/kg. Mật độ năng lượng cao hơn có nghĩa là pin xe điện có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn mà không trở nên lớn hơn hoặc nặng hơn, dẫn đến phạm vi lái xe dài hơn.
Tuy nhiên, sản xuất hàng loạt pin thể rắn là một rào cản lớn. Liz Najman, giám đốc phân tích thị trường tại công ty khởi nghiệp về sức khỏe và dữ liệu pin Recurrent, cho biết: "Một phần của vấn đề về thời gian là bạn không thể sử dụng cùng một nhà máy sản xuất và quy trình cho SSB". "Bạn cần phải xây dựng mọi thứ mới, điều này đòi hỏi tiền bạc và thời gian".
Phạm vi hoạt động trên 965 km?
Kết quả? Factorial tuyên bố các gói năng lượng dày đặc của họ có thể cung cấp phạm vi lái xe hơn 965 km. Con số này cao hơn gấp đôi phạm vi lái xe trung bình được EPA đánh giá ở Hoa Kỳ, theo Bộ Năng lượng là 456 km. Bản thân điều đó đã là một kỳ tích vì nó đã tăng gấp ba lần trong thập kỷ qua. Factorial cũng tuyên bố nhiệt độ hoạt động trên 90 độ C và giảm 40% trọng lượng so với pin thông thường.Tuy nhiên, pin bán rắn của Factorial là giải pháp trong ngắn hạn có thể mang lại hiệu suất cao và dễ dàng mở rộng quy mô. Nó sử dụng vật liệu dạng gel cho chất điện phân cùng với cực dương kim loại lithium và cực âm dung lượng cao. Công ty tuyên bố rằng điều này kết hợp những ưu điểm của chất điện phân rắn với khả năng sản xuất của pin lithium-ion thông thường.
Pin bán rắn đã thâm nhập vào thị trường Trung Quốc. Năm ngoái, một chủ sở hữu Nio ET7 đã đạt được phạm vi hoạt động 892 km chỉ với một lần sạc, nhờ bộ pin bán rắn 150 kilowatt giờ.
Họ cũng sẽ sớm đến Hoa Kỳ. Stellantis đã hứa sẽ ra mắt một đội xe trình diễn Dodge Charger Daytona được trang bị pin bán rắn của Factorial vào năm tới. Người ta cho rằng nó có mật độ năng lượng là 390 Wh/kg, cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn hiện tại của ngành là khoảng 250-300 Wh/kg.
Chúng cũng mang lại lợi thế lớn về trọng lượng. Huang nói thêm rằng pin thể rắn có thể tiết kiệm tới 90-135 kg ở cấp độ gói. "Ở cấp độ xe, SSB thậm chí có thể tiết kiệm tới 450 kg", cô nói. "Nếu chúng tôi giảm trọng lượng gói, chúng tôi cũng có thể giảm các cấu trúc hỗ trợ". Việc tiết kiệm trọng lượng có liên quan trực tiếp đến việc tiết kiệm chi phí. Với mỗi kg được loại bỏ, các nhà sản xuất pin có thể tiết kiệm được khoảng 11 USD. Nếu họ có thể cắt giảm 450 kg, đó là một sự khác biệt lớn về chi phí.
Najman của Recurrent cho biết: "Hoa Kỳ thực sự thích những chiếc SUV và xe tải lớn, không có tính khí động học". "Những chiếc xe này cần những cục pin lớn để bù đắp cho đặc tính vật lý kém của chúng và chúng thực sự nặng. SSB có thể cung cấp nhiều năng lượng hơn trong một gói nhẹ hơn nhiều, vì vậy chúng có thể được sử dụng trong phân khúc SUV/xe tải".
Tuy nhiên, các nhà sản xuất ô tô đang chuyển sang hệ thống truyền động tầm xa cho những chiếc xe lớn hơn, có máy phát điện dự phòng để sạc pin.
Nguồn: InsideEV
