PIN THỂ RẮN LÀ GÌ VÀ VÌ SAO CÓ THỂ XEM ĐÂY LÀ TƯƠNG LAI CỦA XE ĐIỆN?

Mang nhiều đặc tính được đánh giá cao hơn so với lithium-ion, đến thời điểm này, hàng loạt các tên tuổi lớn đang tìm cách phát triển pin thể rắn trong suốt nhiều năm qua, có thể kể đến như Dyson, hay nhà các nhà sản xuất ô tô Toyota, BMW hay Porsche.

Một số ưu điểm mà pin thể rắn mang đến bao gồm chi phí thấp hơn, dung lượng lớn hơn và thời gian sạc nhanh hơn đáng kể.

Bên trong một viên pin thông thường hiện nay có 2 thanh kim loại khác nhau, một cực cho đi các electron (gọi là anode), một cực nhận electron (gọi là cathode), chúng kết nối với nhau thông qua một môi trường được gọi là chất điện li - nơi electron có thể di chuyển một cách dễ dàng.

Chất điện li thường là chất lỏng hoặc dạng gel, nhưng giữ nó trong laptop hay smartphone của bạn liệu có an toàn không? Đảm bảo cho chất lỏng này không gây nguy hiểm cho thiết bị cũng như người dùng chính là một thách thức không nhỏ. Hơn nữa, ở những bộ pin có kích thước lớn hơn, như pin dùng cho xe điện chẳng hạn, chất điện phân cần được giữ trong các lớp vỏ nhựa hoặc kim loại cứng để đảm bảo cho tính ổn định của kết nối.

Trong hầu hết pin Lithium-ion mà bạn sử dụng hiện nay, cathode và anode nối với nhau bởi chất điện phân làm từ gel hữu cơ, được gọi là polymer. Lợi thế của polymer chính là nó có thể được bọc trong vỏ nhựa vốn nhẹ cân, đồng thời có thể được sản xuất ở nhiều kích thước khác nhau để dùng cho các thiết bị điện tử nhỏ gọn hay thậm chí là cho xe hơi.

Nhưng có một vấn đề: chúng có thể bốc cháy và thậm chí phát nổ ở một số điều kiện nhất định. Electron di chuyển từ cực âm sang cực dương thông qua thiết bị của bạn, nhưng Lithium lại là kim loại phản ứng mạnh và nếu vỏ pin bị thủng, các phản ứng xảy ra giữa Lithium hơi ẩm trong không khí có thể khiến gel điện phân bắt lửa và bốc cháy. Ngoài ra, một nhược điểm nữa là pin lithium-Ion không hoạt động một cách tốt trong môi trường lạnh bởi chất điện phân được dùng là ở dạng gel hữu cơ. Nhiệt độ càng thấp, dòng electron di chuyển càng chậm.

Rõ ràng trong câu chuyện này, chúng ta thấy gel hữu cơ luôn là một phần trong mọi vấn đề và pin thể rắn là cách mà các nhà khoa học muốn hướng tới nhằm loại bỏ chất điện phân dạng gel ra khỏi hệ thống. Kể từ khi những viên pin đầu tiên ra đời sau phát kiến của Alessandro Volta, chất điện phân đã là chất lỏng hoặc dạng gel. Nhưng nếu có thể dùng chất rắn để làm chất điện phân này, chúng ta có thể tạo nên một cuộc cách mạng về công nghệ pin.

Năm 2011, các nhà khoa học đã thành công trong việc hiện thực hóa ý tưởng đó khi tạo ra một loại chất điện phân rắn cho phép electron có thể di chuyển linh hoạt như trong gel. Lithium, Germanium, Phốt pho và Lưu huỳnh là những chất liệu được sử dụng để tạo nên bộ khung tứ diện 3D - môi trường điện phân của pin thể rắn. Vì là một khối rắn nên tất nhiên, nó không thể nổ và điều tuyệt vời hơn là pin vẫn hoạt động tốt ở điều kiện nhiệt độ -29 độ C.

Đầu năm 2017, John Goodenough - người phát minh ra pin Lithium cho biết ông và các cộng sự của mình cũng đã chế tạo thành công viên pin thể rắn với mật độ năng lượng gấp 3 lần so với pin Lithium-ion hiện tại. Vấn đề hiện tại mà các nhà khoa học cần phải giải quyết chính là công suất đầu ra của pin và tối ưu hóa quy trình sản xuất nhằm mục tiêu thương mại pin thể rắn vào một ngày không xa trong tương lai.

Liên quan đến pin thể rắn thì hiện nay vẫn tồn tại các hướng đi trái ngược nhau đến từ các hãng. Đầu năm nay, Fisker - một trong những hãng xe điện đi tiên phong trong công nghệ pin thể rắn tuyên bố họ đã từ bỏ kế hoạch phát triển pin thể rắn. “Đó là công nghệ mà khi bạn cảm thấy như bạn đang ở đó 90% thì bạn gần như ở vị trí đó, cho đến khi bạn nhận ra 10% cuối cùng khó hơn nhiều so với 90% ban đầu. Vì vậy, chúng tôi đã loại bỏ hoàn toàn pin thể rắn vào thời điểm này vì chúng tôi không thấy nó có triển vọng để thành công”.

Trong khi đó, Toyota cho biết vào năm nay, họ sẽ ra mắt xe điện dùng pin thể rắn, sạc đầy trong 10 phút, chạy được 500 km. Nhà sản xuất ô tô Nhật Bản trên thực tế đã bắt đầu làm việc với pin thể rắn từ năm 2017 với kế hoạch thương mại hóa pin mẫu xe điện đầu tiên dùng công nghệ này trong năm 2020. Nhưng có vẻ như mọi chuyện khó hơn dự tính và theo một báo cáo mới từ Nikkei Asia, Toyota có thể đã dời dự án công bố xe sang năm nay.