BMW gần đây cho biết họ đã hợp tác với công ty Solid Power của Mỹ để cùng nhau nghiên cứu phát triển pin thể rắn - một công nghệ hứa hẹn sẽ mang đến giải pháp cấp năng lượng an toàn và hiệu quả hơn trong tương lai. Báo cáo của Reuters cho thấy 2 công ty đang xem xét tiềm năng của loại pin này trong việc ứng dụng nó lên những chiếc xe điện hiệu suất cao. Nhiều chuyên gia tin rằng pin thể rắn có thể sẽ sớm thay thế vai trò của pin lithium-ion phổ biến hiện nay vào khoảng đầu thập kỷ tới.
Một số lợi ích mà pin thể rắn mang đến có thể kể đến như chi phí thấp hơn, dung lượng lớn hơn và thời gian sạc nhanh hơn đáng kể. Từ tháng 2 năm nay, BMW dường như đã bắt đầu triển khai các nghiên cứu về pin thể rắn với ý định dùng nó cho cho các dòng xe sản xuất vào năm 2026. Nhiều nhà sản xuất ô tô khác, bao gồm cả Toyota và Porsche hiện cũng đã tham gia vào cuộc đua này nhằm phát triển công nghệ pin thể rắn của riêng họ.
Đôi nét về pin thể rắn
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.
Một số lợi ích mà pin thể rắn mang đến có thể kể đến như chi phí thấp hơn, dung lượng lớn hơn và thời gian sạc nhanh hơn đáng kể. Từ tháng 2 năm nay, BMW dường như đã bắt đầu triển khai các nghiên cứu về pin thể rắn với ý định dùng nó cho cho các dòng xe sản xuất vào năm 2026. Nhiều nhà sản xuất ô tô khác, bao gồm cả Toyota và Porsche hiện cũng đã tham gia vào cuộc đua này nhằm phát triển công nghệ pin thể rắn của riêng họ.
Đôi nét về pin thể rắn
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 nhất 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 nay, 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. Việc ngày càng có nhiều công ty lớn như BMW nhảy vào lĩnh vực nghiên cứu công nghệ pin mới này chắc chắn sẽ giúp cho cái ngày mà chúng ta được trải nghiệm chúng không còn lâu nữa.
