Sạc pin xe điện có thể sẽ nhanh như đổ xăng

Pin thể rắn là gì?

Đã có rất nhiều công nghệ pin được phát triển, lâu đời nhất là pin axit-chì sau đó tới pin hydrogen và hiện tại hầu hết các hãng xe điện sử dụng là pin lithium-ion.

Công nghệ pin lthium-ion là cuộc cách mạng về khả năng trữ năng lượng và tốc độ sạc lại nhưng vẫn chưa đủ để có thể cạnh tranh với xe xăng dầu, khi mà những cục pin tốt nhất vẫn cần tới 25 phút sạc đầy nhưng chỉ đi được 300-400km.

Mặc dù được phát hiện từ lâu nhưng gần đây công nghệ pin thể rắn mới được các hãng ô tô quan tâm và phát triển, đi đầu trong lĩnh vực này là Toyota.

Khác với hầu hết các loại pin dùng chất điện phân là chất lỏng thì pin thể rắn dùng chất điện phân là chất rắn.

Mỗi cục pin thể rắn đều có hai điện cực Anot (-) và Cathot (+). Hai điện cực này được làm bằng vật liệu dẫn điện. Giữa hai điện cực này và bên trong đều là chất điện phân chứa các hạt ion mang điện.

Chất điện phân cho phép các ion di chuyển qua nó để kết hợp với cực dương hoặc cực âm tùy thuộc vào quá trình sạc hoặc phóng điện. Phản ứng hóa học này sẽ giúp pin trạng thái rắn tạo ra dòng điện để cung cấp năng lượng cho thiết bị.

Vì vậy, khi bất kỳ thiết bị nào được kết nối với pin, phản ứng hóa học xảy ra giữa cực dương, cực âm và chất điện phân sẽ tạo ra một dòng năng lượng điện đủ để hoạt động.

Hiện nay, có rất nhiều loại pin trạng thái rắn khác nhau. Tùy vào việc sử dụng các vật liệu như thế nào để làm cực dương, cực âm và chất điện phân rắn hữu cơ hay vô cơ,... Các thành phần như oxit, phốt-phát, sulfur, polyether, gốc nitrile, polyester, polyurethane,... là những chất đang được nghiên cứu và lựa chọn để sử dụng trong tương lai.

Tương lai của ngành công nghiệp xe điện

Do các chất điện phân và điện cực đều được làm từ thể rắn nên mật độ năng lượng của pin thể rắn sẽ cao hơn so với các pin lithium-ion cùng kích thước, từ đó sẽ cho ra được pin thể rắn nhỏ nhẹ hơn nhưng công suất vẫn bằng so với pin lithium-ion.

Với việc giảm được thể tích, trọng lượng pin sẽ giúp các hãng xe ô tô giảm được trọng lượng chiếc xe, giúp tăng khoảng cách di chuyển do giảm tiêu hao năng lượng và giảm hao mòn các chi tiết cơ khí chịu lực.

Một ưu điểm của pin thể rắn là có thời gian sạc rất nhanh. Trên lý thuyết nghiên cứu lượng tử, việc sạc pin thể rắn có thể đầy ngay lập tức do mật độ năng lượng và sự ổn định điện hóa trong cấu tạo của pin. 

Về thực tế trong các cuộc thử nghiệm, kết quả pin trạng thái rắn có thể sạc nhanh hơn so với các công nghệ pin hiện tại một cách an toàn.

Về cấu tạo pin thể rắn đang dẫn ưu thế về mức độ chịu nhiệt, chống cháy và an toàn với môi trường hơn so với pin lithium-ion. Vì chất điện phân lỏng có trong pin lithium-ion sử dụng một số thành phần độc hại như nguyên liệu lithium và loban.

Các chất này rất hiếm, đắt đỏ, cực kỳ dễ bay hơi và rất dễ cháy. Các chất điện phân này cũng không được phép tiếp xúc với không khí vì có thể gây ra nhiều nguy hiểm. Khi xảy ra sự cố va chạm ngoài ý muốn khả năng cháy nổ của pin lithium-ion sẽ cao hơn nhiều so với pin thể rắn.

Ưu việt là vậy nhưng hiện nay công nghệ pin thể rắn vẫn đang dừng lại ở khâu thử nghiệm và chưa thể sản xuất hàng loạt cùng với giá thành tương đối cao.

Một nghiên cứu đáng chú ý gần đây về pin thể rắn là pin được làm từ muối do nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Nottingham của Vương quốc Anh cùng 6 cơ quan nghiên cứu khác của Trung Quốc công bố. Theo đó, muối rắn sẽ được sử dụng làm chất điện phân và cả chất phân tách.

Đây được xem là bước tiến mới cho tương lai sản xuất pin thể rắn, vì giảm giá thành pin và vô cùng thân thiện với môi trường.