Pin thể rắn – 1200 km và 10 phút sạc: khi nào sẽ được sản xuất hàng loạt?

Gần đây hơn, năm 2014-2018, thế giới chứng kiến ​​sự bùng nổ thực sự trong việc tổ chức sản xuất pin thể rắn (STA). Hơn nữa, cho cả thiết bị gia dụng, đồ dùng và ô tô điện.


Ví dụ, năm 2016, người đứng đầu Fisker Inc (năm nay đã nộp đơn xin phá sản) đã hứa: ô tô điện với TTA, họ sẽ có thể đi được 500 dặm mà không cần sạc lại; sau sáu tháng, con số này giảm xuống còn 400, và sau đó là 300 dặm. Giám đốc điều hành Dyson J. Dyson đảm bảo vào năm 2017 rằng công ty của ông đã nghiên cứu về pin thể rắn được hơn hai năm. Tuy nhiên, ông không trả lời câu hỏi liệu ô tô điện của ông có được trang bị TTA hay không, dự kiến ​​phát hành vào năm 2021. Vào mùa thu năm 2019, dự án đã bị ngừng.


Nhưng người Trung Quốc đã đi xa nhất: vào năm 2018, một trong những lãnh đạo của công ty khởi nghiệp Công ty Phát triển Năng lượng Qing Tao đã công khai tuyên bố rằng một dây chuyền sản xuất TTA đã được triển khai ở Côn Sơn. 144 triệu USD đã được đầu tư vào dự án. Công suất của đường dây sẽ đạt 2020 MWh/năm vào năm 700. Điều này có nghĩa là lượng pin được sản xuất sẽ đủ cho khoảng 14 nghìn xe điện. Nhưng cho đến hôm nay vẫn chưa có thông tin gì về kết quả.


Đại diện của các hãng xe VW, BMW, Toyota lúc đó tỏ ra thận trọng hơn trong phát biểu của mình. Những người đầu tiên nói về việc sản xuất hàng loạt TTA không sớm hơn năm 2025. Số tiền đầu tư lên tới 100 triệu USD. Nhà sản xuất ô tô xứ Bavaria đã ký thỏa thuận với công ty khởi nghiệp Solid Power (Mỹ). Hyundai cho biết đang phát triển dự án tổ chức sản xuất TTA nhưng không đưa ra thời hạn.


Kể từ đó, cường độ đam mê đã giảm đi phần nào và đại dịch “đã làm được công việc của nó”. Nhưng sự quan tâm đến việc sản xuất pin tiêu tốn nhiều năng lượng vẫn không hề phai nhạt. Chúng ta sẽ nói về vấn đề này sau, nhưng trước tiên, cần phải tìm hiểu xem đây là loại “quái thú” nào – pin thể rắn. Chất điện phân không lỏng được biết đến vào thế kỷ 19. Tuy nhiên, sự quan tâm mạnh mẽ đến nó chỉ được đổi mới vào đầu thế kỷ hiện tại và thế kỷ trước.

Nói một cách dễ hiểu về pin thể rắn

Để sản xuất, một công nghệ đặc biệt được sử dụng, được gọi là: Pin thể rắn. Dịch từ tiếng Anh - “pin có thân máy chắc chắn”. Sự khác biệt chính giữa TTA và các phiên bản tiền nhiệm của nó là việc sử dụng chất điện phân, là vật liệu tổng hợp (polymer). Thông thường đây là những sunfua, oxit vô cơ hoặc gốm sứ. Mỗi nhà phát triển có công thức riêng mà anh ấy giữ bí mật.


Pin lithium-ion sử dụng chất lỏng, gel hoặc chất ngâm tẩm. Nhưng nguyên lý hoạt động của pin thể rắn là như nhau: trong quá trình sạc, các ion di chuyển từ cực âm đến cực dương (có thể làm bằng lithium) (vai trò của nó được thực hiện bởi không khí, kim loại hoặc lưu huỳnh) và khi công suất giảm. tiêu thụ thì ngược lại. Sự chuyển động của các hạt được thực hiện thông qua chất điện phân. Hãy cùng đánh giá ưu và nhược điểm của pin thể rắn.

Mật độ năng lượng tốt hơn và bổ sung nhanh hơn

So với pin lithium-ion, TTA có thể lưu trữ nhiều dung lượng hơn trên một đơn vị thể tích (trọng lượng). Nói một cách đơn giản, một cục pin thể rắn có cùng trọng lượng và kích thước sẽ giúp ô tô điện có thể đi được quãng đường dài (mức tăng quãng đường sẽ là 20-30%). Và nếu chúng ta tính quãng đường mà một chiếc ô tô đi được bằng pin lithium-ion, thì khoảng cách tương tự sẽ được đảm bảo bởi TTA với kích thước và trọng lượng nhỏ hơn nhiều.


Pin thể rắn sạc nhanh hơn so với pin lithium-ion. Tất cả là về độ dẫn điện tốt hơn, theo định luật Ohm, có liên quan đến điện trở trong thấp hơn. Sẽ rất hợp lý khi xem xét chi tiết hơn về những thành tựu hiện đại về tốc độ sạc pin.

Ai gần nhất với việc sản xuất hàng loạt TTA?

Mùa thu năm ngoái, Toyota thông báo rằng công ty, hợp tác với Idemitsu (một công ty dầu mỏ của Nhật Bản), đã đạt được “bước đột phá” về công nghệ và sẵn sàng bắt đầu sản xuất hàng loạt TTA vào năm 2027. Nhờ pin mới, phạm vi hoạt động của xe điện sẽ đạt 1200 km và thời gian sạc sẽ giảm xuống còn 10 phút. Nhà sản xuất ô tô Nhật Bản đã phát triển pin thể rắn từ năm 2006.


Vào mùa thu năm nay, đại diện của công ty Đài Loan ProLogium Technology đã công bố việc tạo ra loại pin đầu tiên trên thế giới có cực dương bằng silicon tổng hợp. Pin sẽ bổ sung dung lượng thêm 60% trong 5 phút. Điều này đủ để một chiếc ô tô điện đi được quãng đường khoảng 300 km.


Pin thể rắn đã được trình diễn vào tháng 2023 năm nay tại triển lãm ô tô hàng năm ở Paris. Tại triển lãm, đại diện của ProLogium Technology cho biết “kể từ năm XNUMX, chúng tôi đã vượt trội so với đối thủ” về việc tăng mật độ năng lượng pin và tốc độ sạc.


Tuy nhiên, chưa có báo cáo nào về việc bắt đầu sản xuất hàng loạt hoặc giá của sản phẩm mới. Bạn cũng có thể lưu ý đến Nissan Motor, công ty đã hứa sẽ bắt đầu sản xuất quy mô lớn pin thể rắn của riêng mình vào năm 2028. Và tại Trung Quốc, kế hoạch CASIP đã được giới thiệu ở cấp tiểu bang, quy định việc đưa TTA vào sản xuất dây chuyền lắp ráp vào năm 2030.

Chi phí thấp và an toàn

Ưu điểm đầu tiên liên quan đến việc ít sử dụng các thành phần đắt tiền hơn, chẳng hạn như coban. Pin thể rắn có rất ít thành phần: thiếu dải phân cách và một số thành phần khác. Pin lithium-ion có kích thước và trọng lượng lớn hơn. TTA không cần làm mát, có tuổi thọ dài hơn và ít bị mài mòn trong quá trình sạc và xả liên tục.


Những loại pin như vậy ít gây nguy hiểm cho môi trường hơn so với pin lithium-ion. Loại thứ hai chứa các hợp chất flo có thể giải phóng nếu pin bị hỏng hoặc thậm chí quá tải. Ngoài ra, TTA có mức độ tự phóng điện rất thấp; chúng không phát nổ hoặc tự bốc cháy: chất điện phân không thể tràn ra khỏi chúng. Đây là điểm kết thúc của ưu điểm của pin cải tiến, nhưng còn nhược điểm thì sao?

Nhược điểm của TTA

Vấn đề đầu tiên là sự phức tạp của quá trình sản xuất: sản phẩm đòi hỏi phải sử dụng công nghệ chính xác. Cần sử dụng chất điện phân rắn có cấu trúc đồng nhất để đảm bảo mật độ cần thiết. Các tạp chất nhỏ nhất làm giảm đáng kể độ tin cậy và hiệu quả của sản phẩm.

Nhược điểm tiếp theo hiện đang được tích cực giải quyết là độ nhạy cao với oxy, độ ẩm và nhiệt độ thấp. Ở vùng khí hậu lạnh, vấn đề sẽ nảy sinh với TTA: công suất sẽ giảm. Pin sẽ phải được làm nóng hoặc các sản phẩm có chất điện phân rắn khác sẽ phải được phát triển. Còn một nhược điểm nữa - thiếu tiêu chuẩn thế giới. Điều này có thể trở thành trở ngại cho khả năng tương thích của các loại TTA khác nhau với các mẫu ô tô điện cụ thể.


Sự hợp tác giữa các nhà sản xuất TTA và các cơ quan chính phủ, các công ty ô tô và các bên quan tâm khác là cần thiết. Tuy nhiên, điều đáng nói là: ngày nay tất cả những ưu điểm và nhược điểm của pin thể rắn vẫn chưa được nghiên cứu vì chưa có kinh nghiệm lâu dài trong việc sử dụng chúng.

Kết luận và khái quát

Các nhà sản xuất ô tô hàng đầu sản xuất ô tô điện hàng loạt chắc chắn rằng TTA chính là tương lai. Điều này được chứng minh gián tiếp qua sự đầu tư nghiêm túc vào các dự án TTA. Như chúng tôi đã viết ở trên, Toyota đang tiến gần nhất đến việc triển khai sản xuất hàng loạt với kế hoạch cho năm 2025-27.


Thời điểm tương tự cũng được chỉ ra bởi VW, công ty đã đầu tư vào QuantumScape của Mỹ, công ty đang phát triển pin gốm. Huyndai, Kia, Mercedes, Stellantis ưu tiên cho Factorial Energy (Mỹ), công ty sản xuất pin thể rắn dựa trên polyme. Chúng ta có thể kết luận: nhiều nhà sản xuất ô tô hàng đầu thế giới tự tin rằng ngay cả trước năm 2030, xe điện được trang bị TTA nối tiếp sẽ xuất hiện trên thị trường.