Pin thể rắn: Đột phá như phim viễn tưởng, nền móng phát triển công nghệ của tương lai gần
Rất hay và hữu ích!/9 người
P.W
8 thángBình luận: 78
Pin thể rắn: Đột phá như phim viễn tưởng, nền móng phát triển công nghệ của tương lai gần
Nếu đã từng có dịp nghe ở đâu đó khái niệm “pin thể rắn”, hẳn anh em cũng đã được nghe tiềm năng cứ như trong phim khoa học viễn tưởng của công nghệ ấy: So với pin lithium-ion hiện tại, thể tích pin với mật độ năng lượng tương đương chỉ bằng 1/10, hoặc nếu cùng thể tích thì khả năng trữ năng lượng của pin thể rắn lithium-metal sẽ cao gấp 10 lần.

Và trong một căn phòng thí nghiệm của Solid Power tại Louisville, Colorado, Mỹ, các nhà khoa học đang cố gắng nghiên cứu để biến ý tưởng trở thành sản phẩm thực nghiệm. Ngày 7/8/2021, cục pin thể rắn kích thước lớn nhất từng được con người tạo ra bắt đầu được thử nghiệm khả năng sạc và xả năng lượng. Khi ấy, giám đốc công nghệ của Solid Power, Josh Buettner-Garrett vừa tỏ ra lạc quan, lại vừa dè dặt: “Chúng tôi biết có thể tạo ra một món đồ vận hành như một cục pin, nhưng cũng có khả năng nó bị biến thành… cục gạch.”

[​IMG]

Bản thân thứ công nghệ mà pin lithium-metal đang cố gắng thay thế cũng chính là một “công nghệ lõi” đúng nghĩa đen, thứ đã giúp cả thế giới có được những tiến bộ trong 4 thập kỷ qua, và cũng giúp Akira Yoshino, nhà phát minh Nhật Bản giành được giải Nobel. Nhờ việc tạo ra những cell pin lithium-iodine vào thập niên 70, người Nhật phát hiện ra chúng có thể cấp nguồn cho thiết bị lâu hơn nhiều so với những công nghệ pin cũ, dùng chất điện phân gốc kiềm. Ngay lập tức, phát kiến ấy được ứng dụng vào ngành sản xuất máy tạo nhịp tim, với những cục pin có thể bảo vệ người dùng 10 năm, thay vì 2 năm như trước.

Rồi đến thập niên 90, khi công nghệ pin lithium được phát triển thành lithium-ion như ngày hôm nay, tốc độ phát triển thiết bị công nghệ tiêu dùng bỗng bùng nổ. Từ máy nghe nhạc, máy tính xách tay, cho đến điện thoại thông minh và ngày hôm nay là ô tô điện, gọi lithium-ion là công nghệ lõi hoàn toàn không sai chút nào.

Quảng cáo



Tinhte_Pin2.jpg

Lithium là mục tiêu nghiên cứu của các nhà khoa học trong hàng thập kỷ qua cũng vì một lẽ đơn giản, đó là giống như những kim loại kiềm cùng nhóm trong bảng tuần hoàn, lithium có khả năng dẫn điện tuyệt vời. Electron duy nhất ở lớp ngoài cùng nguyên tử có thể tách ra một cách vô cùng dễ dàng, theo lời tiến sĩ Jeff Sakamoto, giáo sư chuyên ngành kỹ thuật cơ khí tại đại học Michigan, một trong những nhà khoa học đầu ngành nghiên cứu pin. Nhờ đó, pin lithium có thể tạo ra hiệu điện thế rất cao. Cùng với đó, so với những kim loại kiềm khác như kali hay natri, lithium có kích thước ion nhỏ nhất, và có khối lượng nguyên tử chỉ lớn thứ 3 trong cả bảng tuần hoàn. Điều này nghĩa là cùng một thể tích pin, lithium sẽ tạo ra nhiều ion hơn, hiểu đơn giản là trữ được nhiều điện năng hơn.

So với nickel-cadmium, công nghệ phổ biến nhất trước đó, pin lithium-ion có mật độ năng lượng cao gấp 4 lần. Pin lithium-ion phổ biến nhất hiện giờ đều dùng dung dịch điện phân dạng lỏng, trong đó ion chạy qua chạy lại hai điện cực, sạc và xả electron. Hai điện cực được làm bằng than chì, thứ vật liệu sẵn có, dẫn điện tốt và dễ chế tác.

Nhưng như đã nói, nếu so sánh với lithium-ion, mật độ điện tích trong pin lithium-metal có khi cao gấp 10 lần, trong cùng một thể tích pin.

Tinhte_Pin3.jpg

Jun Liu, tiến sĩ, giám đốc phóng thí nghiệm Pacific Northwest National Laboratory tại Richland, Washington cho rằng: “Lithium metal là chất liệu có mật độ điện tích cao nhất chúng ta từng biết đến.” Không chỉ dừng ở đó, pin thể rắn còn có những tính chất trong mơ: Nhẹ, sạc nhanh và chống được rỉ sét. Nhưng để tạo ra được những đột phá kể trên, các nhà khoa học phải vượt qua trở ngại cơ bản của lithium, đó là độ nhạy phản ứng hóa học rất cao, trong trường hợp này là tạo ra rỉ sét mỗi khi bề mặt kim loại kiềm tiếp xúc với những vật liệu khác.

Vì phản ứng quá nhạy, lithium trong pin sẽ dễ trở thành dendrites, tạm hiểu là những tinh thể lithium bám và mọc từ điện cực dương của pin. Những tinh thể này rất nguy hiểm, vì có thể chọc thủng linh kiện pin hoặc gây đoản mạch. Trong trường hợp pin lithium-ion với chất điện phân lỏng dễ cháy, lithium dendrites chính là nguyên nhân kết hợp với chất điện phân lỏng dễ cháy gây ra cháy nổ pin xe hoặc điện thoại, thứ thỉnh thoảng anh em đọc được tin trên mạng internet.

Tinhte_Pin4.jpg

Quảng cáo



Để ngăn chặn sự hình thành của lithium dendrites, các nhà khoa học tìm ra một giải pháp, đó là tạo ra chất điện phân rắn, thường được làm từ chất liệu ceramic giống như chip bán dẫn. Ngay cả trong trường hợp tinh thể lithium có hình thành và chọc thủng lớp chất điện phân, thì cũng không gây ra cháy nổ.

Nhưng, tạo ra chất điện phân rắn lại là một thử thách lớn khác. Hợp chất ấy phải dễ lót giữa các lớp điện cực hệt như cách chất điện phân lỏng làm được. Lithium là một nguyên tố tương đối dẻo, có thể chèn vào những khe hở của vật liệu, nhưng vẫn cần tìm cách để lithium kết nối với điện cực âm, nếu không thì cục pin cũng chẳng khác gì cục gạch. Một vấn đề khác là tính chất giòn của ceramic, dễ tạo ra những vết nứt hoàn hảo để lithium dendrites hình thành và lọt vào. Đó là thử thách mà đơn vị ở đầu bài viết, Solid Power đang tìm cách vượt qua.

Tinhte_Pin5.jpg

Thử thách kế tiếp của pin thể rắn là khả năng sạc điện, theo tiến sĩ Neil Dasgupta của đại học Michigan, người đang cùng giáo sư Sakamoto nghiên cứu công nghệ này. Pin lithium-ion đạt tiêu chuẩn của ngành nhờ vào khả năng sạc hơn 1000 lần trước khi pin xuống cấp. Tiến sĩ Dasgupta nói: “Trong 4 năm, nếu mỗi tuần bạn sạc điện thoại từ 4 đến 5 lần, tổng số lần sạc pin cũng đã vượt qua mốc 1000 lần.” Hiện tại, Solid Power vẫn đang tìm cách để pin thể rắn đạt được ít nhất 1000 lần sạc xả năng lượng.

Bản thân những nghiên cứu đang được tiến hành ở thời điểm hiện tại cũng đều chỉ xoay quanh con số 1000 ấy, nói cách khác là đảm bảo và tăng chu kỳ sạc xả mà pin thể rắn có thể chịu được. Hồi tháng 5/2021, một nhóm các nhà khoa học tại Harvard đã khiến cộng đồng nghiên cứu xôn xao khi công bố báo cáo nghiên cứu nói rằng pin thể rắn họ phát triển có thể vận hành tốt sau 10 nghìn lần sạc xả. Xin Li, một trong những nhà khoa học tiến hành nghiên cứu nói trên cho rằng, ở chu kỳ 10 nghìn lần, một cục pin thể rắn sẽ có thể vận hành liên tục trong 25, thậm chí 50 năm.

Tinhte_Pin6.png

Quảng cáo



Tuy nhiên đó mới chỉ là khoa học lý thuyết, vì cục pin mà Harvard tạo ra chỉ mỏng đúng bằng tờ giấy, kích thước đúng bằng cái pin cúc áo trong đồng hồ. Để có thể thương mại hóa, cả kích thước lẫn thể tích của pin đều phải tăng theo cấp số nhân. Nhưng bên cạnh chu kỳ sạc xả đáng quan tâm kể trên, nghiên cứu của đại học Harvard còn chỉ ra rằng, công nghệ pin thể rắn của họ có thể sạc đầy chỉ trong vòng 3 phút đồng hồ. Nếu công nghệ này được ứng dụng vào ô tô điện, thì vấn đề cố hữu hiện nay của xe điện sẽ được giải quyết, khi anh em có thể sạc pin xe nhanh như rẽ vào đổ xăng, thậm chí còn nhanh hơn. Hiện tại hầu hết xe điện đều mất ít nhất 3 tiếng mới sạc đầy pin.

Tinhte_Pin7.jpg

Tại Thế vận hội Tokyo vừa được tổ chức hồi mùa hè vừa rồi, những mẫu pin thể rắn đầu tiên đã được người Nhật ứng dụng trong những chiếc xe LQ concept do Panasonic và Toyota hợp tác phát triển.

Tinhte_Pin8.jpg

Nhưng từ lúc này cho tới khi pin thể rắn được ứng dụng thương mại, anh em sẽ phải đợi ít nhất 5 năm. Phía Solid Power cho rằng đó là khoảng thời gian tối thiểu cho tới khi BMW hay Ford, các đối tác của họ, có thể ứng dụng công nghệ pin mới này cho những chiếc ô tô điện. Kỳ vọng của Solid Power là tạo ra những cục pin có mật độ năng lượng gấp đôi lithium-ion trên cùng thể tích, và chỉ mất 10 phút để sạc từ 0 đến 90%.

Theo CEO Doug Campbell của Solid Power, những gã khổng lồ châu Á hiện tại cũng đang trong quá trình nghiên cứu phát triển công nghệ nền. Lấy ví dụ Toyota, phải đến năm 2025 họ mới phát triển xong pin thể rắn, còn đến khi nào chúng được trang bị trong xe điện của họ sản xuất thì vẫn chưa biết.

Rõ ràng công nghệ lithium-metal có đủ khả năng và tiềm năng để tạo ra đột phá hệt như cái thời lithium-ion được phát triển. Câu hỏi duy nhất bây giờ chỉ là, đến khi nào mới có sản phẩm thương mại hóa.

Theo Popular Mechanics
78 bình luận
Hy vọng công nghệ pin đột phá, đó là tương lai của xe điện
@quancva Ko fai cứ 10 năm nào nó cũng như nhau đâu thưa bạn.
@Trung Kiên7 Bạn hơi nhầm rồi nhé. Cho dù có chỉ số mah bằng nhau nhưng công suất Volt khác nhau thì mật độ cục pin đó sẽ hoàn toàn khác nhau. Phải tính bằng Wh watt/hour thì sẽ chính sác hơn đó.
@tranquan1988 Pin lithium thì vol đều là 3.7-3.8v chứ khác đâu bác 😃
2 con đều xài 2 cục ghép lại đâu khác gì nhau đâu. Đây em thêm 2 ảnh tiệm cận cho bác khỏi thắc mắc. Cái đầu là ipad đời đầu sau là air 2020.
Thêm luôn 2 link youtube em chụp lại luôn

image.jpg
image.jpg
Năm nào cũng có tin "đột phá pin" mà cuối cùng vẫn chưa cái nào ứng dụng thực tế được !
@Hồ Đăng Khoa Pin đâu giống các công nghệ khác,vấn đề an toàn luôn được đặt lên hàng đầu khi nghiên cứu,nhất là khi dung lượng của nó cao gấp 10 lần
,những thứ khác như chip bán dẫn hay màn hình đâu có phát nổ,nhưng pin thì có đấy =)
@dualshoсk quan trọng là giá , công nghệ nghiên cứu thì đầy . giống như li-ion từ mấy chục năm trước nhưng 15 năm trở lại đây mới thương mại hóa phổ thông dc
@dualshoсk Đã gọi là công nghệ lõi mà đặc biệt là lquan đến chế tạo vật liệu nữa thì thời gian hiện thực hoá nó tính bằng vài thập kỷ lận. Nó k thể nhanh như phần mềm, chip… đc. Nhưng một khi đã thương mại hoá rồi thì nó lại là bước ngoặt thay đổi rất rất rất nhiều ngành liên quan.
led xanh là một ví dụ.
@dualshoсk Họ đột phá óc mình đúng hơn, đột nhập óc mình với ý tưởng họ, rồi họ đăng tin tùm lum để phá những tin quang trọng hiện hửu.
Lucemfer
ĐẠI BÀNG
8 tháng
Bà vanga tiên tri có nói trong thế kỉ 21 con người sẽ tìm ra nguồn năng lượng mới. Có khi nào là đây không nhỉ?
@Lucemfer Bà Vanga với mình chỉ là 1 người đàn bà đã chết chả có gì mà nhắc đến, k ai trên đời này dự đoán được tương lai, toàn thứ vớ vẩn...gặp tôi tắt điện ngay..
Sher
ĐẠI BÀNG
8 tháng
@Bơm Lốp Tàu Hỏa Lúc đó thì bạn là người muốn bật điện lên và gọi mẹ á! 😆)
dat225
TÍCH CỰC
8 tháng
@Lucemfer Vanga toàn bị nhét chữ vào mồm, biệt danh "đoán toàn xịt".
@Lucemfer Thời này còn có người tin vào mấy cái giai thoại bói toán đó. Nể thặc
Năng lượng lưu trữ là tương lai.
Mấy cục pin năng lượng mặt trời mắc quá người ơi. Pin xe điện cũng vậy. Hy vọng công nghệ phát triển
DKez
TÍCH CỰC
8 tháng
@lephuonglaty năng lượng là công nghệ tương lai, vì giải quyết được nguồn năng lượng sẽ giải quyết nhiều bài toán hiện tại. Chả thế mà mỗi vài ba mỏ dầu mà đánh nhau liên miên.
Còn xa quá
Im lặng đi
Pin thay đổi thì công nghệ mới phát triển mạnh hơn được
Khi xăng dầu trên TG cạn kiệt thì mới có cục pin ngon ra đời. Các hãng xe vẫn đang ém hàng.
@Team B Ém =)) ? Mấy chục hãng đang đua nhau R&D để dẫn đầu thị trường mà có vụ ém =)) ?
@Team B Nếu có vị thế độc cô cầu bại rồi ém thì còn hiểu được, còn các hãng xe điện đang cạnh tranh điên cuồng với nhau thì có lý do gì để ém?
@lucky10000 có khi do mấy ông đại gia dầu mỏ kg thích nên tìm cách chặn nó phát triển đó
@sangtran2010 Có thể họ lobby để ngăn chặn những chính sách có lợi cho xe điện phát triển, hoặc mua lại các công ty tiềm năng để ngăn cản các phát mình thương mại hóa. Nhưng cũng chỉ có giới hạn thôi, và không thể nào ngăn cản được cả thế giới.
@Team B =))) bạn nhầm giữa hãng xe và hãng pin rồi. Công nghệ chế tạo pin phần lớn k nằm trong tay mấy hãng xe mà là thuộc về một số ít nsx pin trên TG (đa phần là Tàu và Nhật). Thậm chí các hãng xe còn phải rào đón mấy ông lớn sx pin để mua đc hàng nữa.
ai chơi nlmt hệ lưu trữ sẽ thấy vụ pin là oải nhất như mình đây
Ở trên thì nói gấp 10. Chốt bài thì nói kì vọng chỉ gấp đôi loại cũ. Ok hay lắm 😆
@caocaolatre199x gấp 10 là phòng thí nghiệm.
gấp đôi là kỳ vọng thực tế.
@Tôi Vẫn Cô Đơn Vậy thì cũng là bốc phét cho vui mồm chứ có gì mà như phim viễn tưởng.
@caocaolatre199x mấy bài ntn đọc cho vui thôi.
cứ bao h thương mại hóa đc thì mới tin.
Sao mình đọc bài này mình thấy nội dung rối thế nhỉ?
KLQ nhưng bài viết ăn cắp cụm từ " công nghệ lõi" của BKA-BOOM
sockwave
ĐẠI BÀNG
8 tháng
@Giang Không Xấu Trai Không chỉ bạn đâu, mình cũng thấy thế.
@sockwave Chắc do thớt copy rồi bê nguyên từ gg dịch về nên vậy
Thực ra vào năm 1990 người ta đã phát minh ra xe điện dùng pin thế hệ mới. Siêu nhỏ siêu nhẹ siêu tiết kiệm. Kích thước chỉ bằng bình Acquy Ô tô nhưng lắp vào xe điện chạy đươc hơn 500km với tốc độ tối đa 320km/h. Quả pin bao gồm các cell bằng pin thể rắn được kết nối với bộ sạc là lò phản ứng hạt nhân siêu nhỏ ( giống như lò gắn trên ngực của Iron Man) . Khả năng sạc xả lên tới 1 triệu lần. Sạc đầy 50% trong vòng 3p.
Nhưng mà các nhà sáng chế đã bị các ông trùm dầu mỏ ở trung đông tiêu diệt rồi. Bí mật đã bị chôn vùi 30 năm nay mình mới có dịp kể cho các bạn nghe
@Giang Không Xấu Trai Khi nào bạn bị tiêu diệt để mình khóc tri ân với.
Hy vọng sớm thương mại hoá và nó bền hơn các loại pin hiện tại để mua về lắp vô hệ thống điện mặt trời của nhà mình 😆 ban ngày điện dư quá trời cho lên lưới (không biết hiệu suất bao nhiêu) ban đêm lại phải mua từ lưới điện xuống xài :3
cứ thương mại hóa mới tin đc mấy cái công nghệ này.
Không cần đến công nghệ phản hứng hợp hạch, chỉ cần giải quyết được bài toán công nghệ pin thì sẽ giải được bài toán năng lượng của toàn bộ nhân loại.

Mỗi ngày VN có bao nhiêu MWh điện mặt trời đang phí phạm trong giờ cao điểm buổi trưa. Giờ chỉ cần có công nghệ pin đủ tốt, đủ rẻ để lưu trữ lượng điện đó thôi là có thể tự tin dẹp bỏ điện than.

Công nghệ pin này mà được thương mại hóa thì chắc DatBike cũng không cần thuê Tinh tế vẽ ra "bài toán kinh tế so sánh chi phí xe xăng - xe điện" vô cùng ảo diệu, hư cấu như hôm trước.
@Long UFM Nhưng có vẻ như giải bài toán hợp hạch còn dễ hơn giải bài toán pin. Ngoài việc đủ rẻ, đủ bền thì còn phải tối ưu về kích thước nữa. Bạn có đủ lượng pin để lưu trữ đủ nguồn năng lượng để dùng vào ban đêm nhưng đánh đổi bằng việc phải sử dụng một khối lượng kim loại khổng lồ và xây dựng kho lưu trữ trên diện tích cực lớn, xây dựng hệ thống thu năng lượng trải dài 1 vùng đất lớn để thu năng lượng hiệu quả chưa chắc bằng được xây dựng một lò phản ứng hạt nhân. Còn cái ngày những viên pin kích thước đủ nhỏ để lưu trữ nguồn năng lượng đủ lớn thì chắc lò hạt nhân hợp hạch sẽ ra đời trước.
@Long UFM Ok em nhầm, nhưng bác nói vậy cũng ko hợp lý :v
Tốn tiền mua pin, rồi hiệu suất chuyển đổi từ vài trăm vol AC sang vài chục vôn DC để sạc pin, rồi sau đó lại chuyển ngược về từ pin sang điện AC để xài. Hao phí lớn cộng thêm chi phí lưu trữ đẩy giá điện lên nữa.
Mà lượng điện thừa này rất nhỏ chẳng đáng để trữ. Theo như evn thống kê thì 2020 tổng điện nlmt chỉ chiếm 4,3% à.
image.jpg
@Long UFM thay vì dùng pin thì chuyển qua loại NLMT dùng tháp hội tụ ấy, trong tháp là muối được đun nóng chảy hoặc dầu giữ nhiệt, ban ngày thì được đun nóng sinh điện mà được giữ nhiệt phát điện qua đêm, loại này năng suất cao hơn panel pin truyền thống nhưng khá phức tạp và đầu tư cao thì phải, bên tàu triển khai dạng này nhiều lắm.
@Trung Kiên7 Hiệu suất chuyển đổi của pin có cao đi chăng nữa nhưng nếu không có pin để lưu trữ, lượng điện dư thừa bị mất đi là 100% nhé. Về vấn đề chi phí, công nghệ hiện tại chi phí cao là đúng rồi, cho nên mình mới nói là trông chờ vào cuộc cách mạng pin để giảm chi phí lưu trữ.

Còn con số bạn đang dẫn:
Thứ nhất, sản lượng điện mặt trời năm 2020 chỉ đạt 10,6 tỷ KWh một phần là do chính EVN chơi ngắt nguồn điện từ các dự án NLMT vào giờ cao điểm để ưu tiên cho điện than. Hệ thống truyền tải đã yếu, quy hoạch thì thiếu tầm nhìn, giờ lại còn ưu tiên cho điện than nữa thì sản lượng điện mặt trời ít là phải rồi. Ít là do các anh chơi đè chứ có phải do nhà đầu tư không chịu làm đâu!

Thứ 2, năm 2021 vừa qua rất nhiều dự án NLMT đã hòa vào lưới điện, ngoài ra rất nhiều dự án khác đang thi công. Tiềm năng ngành NLMT ở VN vẫn còn rất lớn, chỉ cần EVN đầu tư (hoặc cho phép tư nhân đầu tư) hệ thống truyền tải và không chơi màn ngắt điện để ưu tiên cho điện than như vừa qua thì rất nhiều nhà đầu tư (với ngân hàng chống lưng) sẽ nhảy vào cuộc chơi.
Khi nào mới có pin hạt nhân nhỉ
khi thực tế triển khai thương mại thì chi cần năng lượng tăng gấp 2-3, thời gian sạc chỉ còn 1/3, rủi ro cháy nổ giảm xuống 50%, và giá thành ko đổi thì quá tuyệt
lotkhevang
ĐẠI BÀNG
8 tháng
10 năm trước đã nghe về nghiên cứu pin các kiểu đến h vẫn chả đột phá đc bn
Pin này mà bỏ vào máy Blackberry key 2 của thằng ca ri tào lao chắc nó phải xài đến 10 năm nữa
llyllr
TÍCH CỰC
8 tháng
Trông ngóng đột phá pin mãi








  • Chịu trách nhiệm nội dung: Trần Mạnh Hiệp
  • © 2022 Công ty Cổ phần MXH Tinh Tế
  • Địa chỉ: Số 70 Bà Huyện Thanh Quan, P. Võ Thị Sáu, Quận 3, TPHCM
  • Số điện thoại: 02862713156
  • MST: 0313255119
  • Giấy phép thiết lập MXH số 11/GP-BTTTT, Ký ngày: 08/01/2019