Pin thể rắn trên ô tô điện sẽ chứa được nhiều năng lượng và giảm thiểu sự suy giảm khi sạc nhanh so với pin lithium-ion.Pin thể rắn không có chất điện phân lỏng, đã tồn tại trong một thời gian dài. Gần đây, việc thương mại hóa loại pin này đang được nhiều nhà sản xuất ô tô quan tâm trong thời đại ngành công nghiệp xe điện bùng nổ.
Các công ty chế tạo pin xe điện cho biết, cùng với những lợi thế so với lithium-ion truyền thống về độ an toàn, trọng lượng và hiệu suất năng lượng, pin thể rắn có khả năng sạc nhanh thường xuyên mà giảm thiểu sự hư hỏng của pin.
Công ty khởi nghiệp pin xe điện, QuantumScape cho biết, nhờ các tế bào trên loại pin mới, cùng với bộ phân tách chất rắn điện giải bằng gốm (vật liệu dồi dào trong Trái Đất) đã giúp mẫu pin này có thể trải qua 400 chu kỳ sạc nhanh từ 10 đến 80%, tương đương với quãng đường di chuyển khoảng 257.000 km.
Theo Giám đốc Tiếp thị của QuantumScape - ông Asim Hussain, pin thể rắn vẫn giữ được hơn 80% công suất trong nhiều điều kiện nhiệt độ khác nhau với mức nhiệt dao động từ khoảng 25 đến 80 độ C. Bên cạnh đó, công ty đang hướng tới việc sạc pin nhanh chỉ mất 15 phút, so với khoảng thời gian 20-25 phút đối với pin lithium-ion thông thường.
Vấn đề sạc nhanh nhiều lần đối với pin lithium-ion trên ô tô điện sẽ dẫn đến tuổi thọ chu kỳ sạc giảm, xuất phát từ nhiều tác động như mất lithium từ các phản ứng trên bề mặt của hạt graphit ở cực dương, cũng như thoái hóa nhanh chóng bắt nguồn từ nhiệt độ tăng lớn, do sạc nhanh cần mật độ dòng điện cao để tích điện nhanh trong các tế bào lưu trữ năng lượng trên pin.
Các nhà khoa học của công ty pin QuantumScape đang thử nghiệm pin thể rắn.Công ty QuantumScape đang nhắm mục tiêu đến năm 2023 sẽ sản xuất các mẫu pin có thể được sử dụng trong ô tô thử nghiệm và đến năm 2024 hoặc đầu năm 2025 sẽ bắt đầu thương mại hóa, bán cho các nhà sản xuất xe hơi.
Hiện nay, sự sụt giảm tuổi thọ pin xe điện là điều không thể tránh khỏi. Ví như mẫu xe Tesla Model S sau khi di chuyển được quãng đường khoảng 322.000 km thì phạm vi hoạt động hiệu quả giảm chỉ còn khoảng 169km, với pin thể rắn có thể giải quyết được vấn đề này.
Chuyển dần sang pin thể rắn
Hiện tại, BMW và Ford đang là những nhà đầu tư lớn vào công ty pin thể rắn Solid Power. Các mẫu pin mới đang được nghiên cứu có thể tích trữ năng lượng tăng cao hơn 50-80% so với pin lithium-ion thông thường.
Solid Power đã thử nghiệm các tế bào cực dương silicon hàm lượng cao với chế độ sạc nhanh cho mỗi chu kỳ thứ năm và nhận thấy kết quả pin vẫn duy trì dung lượng 81% sau 650 chu kỳ sạc.
Công ty này hy vọng pin trạng thái rắn của mình có tuổi thọ cho xe điện di chuyển được khoảng 594.000 km và hơn 1.000 chu kỳ sạc, dự kiến được sản xuất vào năm 2025. Điều này đồng nghĩa với việc các mẫu xe sử dụng loại pin này có thể được sử dụng trên ô tô điện vào năm 2016.
Mẫu xe Tesla Model S có thể di chuyển được quãng đường hơn 500km trước khi phải sạc điện.Nhà sản xuất ô tô lớn nhất thế giới Toyota có thể sẽ sản xuất mẫu pin thể rắn đầu tiên đưa ra thị trường. Gill Pratt, người đứng đầu Viện Nghiên cứu Toyota cho biết vào đầu năm nay công ty hy vọng sẽ có chúng trong những chiếc xe hybrid (sử dụng pin nhỏ hơn) vào năm 2025.
Nissan đang nhắm mục tiêu đến năm 2028 cho những chiếc xe điện đầu tiên của mình được trang bị pin thể rắn và General Motors đang hợp tác với Honda để phát triển những mẫu ô tô điện giá cả thấp, dưới 30.000 USD có thể sử dụng pin trạng thái rắn cho tầm hoạt động lên đến gần 1.000km.
Nhiều hoài nghi
Giáo sư Hóa vật liệu tại Viện công nghệ Massachusetts cho biết: "Những tuyên bố của các công ty pin xe điện đòi hỏi phải có bằng chứng thuyết phục và tôi chưa thấy bất cứ điều gì như thế từ QuantumScape".
"Tôi biết rằng gốm sứ rất dễ vỡ và giòn. Để hoạt động trong pin mà không làm giảm sản lượng điện do điện trở cao của chúng, chất điện phân gốm phải mỏng, có nghĩa là dễ vỡ hơn. Đây là một vấn đề rất khó khăn", ông cho biết thêm.
Công ty Quantum Scape phản hồi rằng: "Chúng tôi đã công bố dữ liệu chứng minh khả năng sạc trong 15 phút từ 10 đến 80% với 400 chu kỳ sạc-xả trong điều kiện thử nghiệm ô tô tiêu chuẩn vàng".
"Mảng gốm của chúng tôi mạnh mẽ và nghiên cứu đang mở ra khả năng sạc nhanh liên tục trong hàng trăm chu kỳ mà không phải chịu tổn thất đáng kể để xả năng lượng duy trì", QuantumScape cho biết thêm.