Pin thể rắn là gì? Ưu điểm của pin thể rắn

Với những ưu điểm của pin thể rắn như: thời gian sạc nhanh, dung lượng lớn, trọng lượng nhẹ, độ an toàn cao,… loại pin này được dự đoán sẽ trở thành bước đột phá mới, thay thế hoàn toàn công nghệ pin cũ trong tương lai.

1. Pin thể rắn là gì? Phân biệt pin thể rắn với pin Lithium-ion

Pin thể rắn là loại pin có 2 thành phần “điện cực” và “chất điện phân” đều ở trạng thái rắn. Đây là công nghệ pin hoàn toàn mới, có xu hướng phát triển nhanh chóng trong tương lai. Pin thể rắn có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như ô tô, xe máy, máy bay, tàu thuyền,… và cả các phương tiện thuộc lĩnh vực quân sự. Nhiều chuyên gia dự đoán rằng, trong tương lai loại pin này có thể sẽ thay thế pin Lithium-ion. 

Vậy điều gì làm nên sự khác biệt giữa pin thể rắn và pin Lithium-ion? Tìm hiểu về pin lithium-ion cho thấy cơ chế hoạt động của pin là cho phép ion lithium vượt qua hàng rào điện phân giữa cực dương – thường làm từ carbon và cực âm – thường được làm từ các oxit kim loại của pin. Chất điện phân này là một lớp chất lỏng ngăn cách hai điện cực trong pin lithium-ion tiêu chuẩn. Trong khi đó, ở pin thể rắn, chất điện phân này ở dạng thể rắn thay vì thể lỏng để điều chỉnh các ion lithium.

Hiện nay, có rất nhiều loại pin thể 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.

2. Cách thức hoạt động của pin thể rắn

Pin thể rắn có cách thức hoạt động như thế nào? Mỗi pin 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 chúng 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 thể rắn tạo ra dòng điện để cung cấp năng lượng cho thiết bị của bạn. 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. 

3. Ưu điểm của pin thể rắn

3.1. Nhỏ hơn và nhẹ hơn

Pin thể rắn có khả năng cung cấp mật độ năng lượng cao hơn so với công nghệ pin Lithium-ion hiện tại. Điều này có nghĩa pin thể rắn nhỏ hơn, nhẹ hơn và cung cấp được nhiều năng lượng điện hơn. Đây được xem là thế mạnh vượt trội của pin thể rắn vì trọng lượng pin là một trong những mối quan tâm hàng đầu của các nhà sản xuất đặc biệt khi ứng dụng vào các phương tiện di chuyển. Nó sẽ giúp cho xe điện, máy bay, tàu thuyền tiết kiệm được không gian chứa mà vẫn đảm bảo đủ năng lượng để phục vụ các nhu cầu cần thiết.

3.2. Thời gian sạc nhanh hơn

Một ưu điểm của pin thể rắnlà 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. Thực tế trong các cuộc thử nghiệm, kết quả pin thể rắn có thể sạc nhanh hơn so với các công nghệ pin hiện tại một cách an toàn.

3.3. Trải nghiệm pin an toàn hơn

So sánh các loại pin phổ biến trên thị trường hiện nay, pin thể rắn được đánh giá an toàn và thân thiện hơn. Đầu tiên, 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. Trong khi đó, pin thể rắn sử dụng các chất điện phân rắn nên không dễ dễ cháy và khả năng bắt lửa cũng ở mức thấp hơn rất nhiều. 

Pin thể rắn cũng sẽ yêu cầu ít hệ thống an toàn hơn so với pin lithium-ion. Việc loại bỏ các thiết bị điện tử bổ sung sẽ góp phần giúp pin nhỏ hơn, trọng lượng nhẹ hơn đồng thời tăng cường hơn nữa mật độ năng lượng của pin. 

4. Nhược điểm của pin thể rắn

Bên cạnh ưu điểm, pin thể rắn cũng còn tồn tại những nhược điểm nhất định sau:

• Rất khó sản xuất pin thể rắn quy mô lớn: điều này có thể do đây là công nghệ mới, ẩn chứa nhiều sự phức tạp nên chưa tìm ra phương án sản xuất hàng loạt.
• Hiện nay vẫn còn nguy cơ gây ra mất an toàn do công nghệ pin thể rắn chưa hoàn chỉnh để thương mại hóa.

5. Pin thể rắn trong tương lai

Với ưu điểm của pin thể rắn, loại pin này đã và đang được cân nhắc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống. Trong đó, pin thể rắn được kỳ vọng sẽ làm thay đổi ngành công nghiệp xe điện. Nó cho phép xe điện thu gọn được tối đa diện tích và giảm trọng lượng của xe xuống tới mức thấp nhất. Ngoài ra, pin thể rắn còn giúp giảm thời gian sạc điện cũng như có độ an toàn và tin cậy cao hơn. Chính vì thế, sự ra đời của pin thể rắn dự kiến sẽ thúc đẩy mạnh ngành xe điện trên thế giới. 

Một nghiên cứu đáng chú ý gần đây về pin thể rắn đó chính 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.

Tại Việt Nam, nhận thấy những tiềm năng, ưu điểm của pin thể rắn, vào tháng 03/03/2021, nhà sản xuất xe máy ô tô điện hàng đầu VinFast đã ký kết biên bản hợp tác chiến lược với ProLogium (Đài Loan) – Công ty đầu tiên trên thế giới có dây chuyền thử nghiệm ứng dụng công nghệ pin thể rắn cho ô tô. Đây được coi là bước đi chiến lược trong việc tự chủ công nghệ pin thể rắn cho dòng xe điện của VinFast. Đồng thời cũng là tiền đề cho việc nghiên cứu, phát triển ra các dòng xe điện thông minh, hiện đại trong tương lai. 

Với tầm nhìn và sự đầu tư nghiêm túc từ VinFast, những chiếc xe điện đầu tiên được sử dụng công nghệ pin thể rắn đến từ thương hiệu Việt Nam sẽ sớm xuất hiện trên các tuyến phố và con đường nổi tiếng trên thế giới.