myle.vnreview
Writer
Mới đây, một hệ thống pin thể rắn tại Bắc Kinh đã gây chú ý khi vận hành thành công suốt một mùa đông dưới lòng đất, chịu đựng nhiệt độ lên tới 85°C và độ ẩm 95% trong mạng lưới sưởi ấm công nghiệp. Thành tựu này chứng minh pin thể rắn cực kỳ an toàn và bền bỉ trong môi trường khắc nghiệt.
Thế nhưng, nhìn lại thị trường xe điện (EV), người tiêu dùng vẫn chưa thể mua được một chiếc ô tô nào chạy hoàn toàn bằng loại pin này. Tại sao một công nghệ được ca ngợi là "vũ khí thay đổi cuộc chơi" giúp xe đi xa gấp đôi, sạc nhanh trong vài phút và hoàn toàn không lo cháy nổ đến nay vẫn "lỡ hẹn" với những chiếc xe thương mại?
Câu trả lời nằm ở những rào cản vật lý và kinh tế mà các kỹ sư vẫn đang đau đầu tìm cách vượt qua.
1) Bài toán "hai chất rắn ép vào nhau"
Trong viên pin lithium-ion thông thường, phần ở giữa là chất điện phân dạng lỏng. Chất lỏng này giống như nước, dễ dàng len lỏi và tiếp xúc hoàn hảo với hai đầu điện cực.
Pin thể rắn thì khác, nó thay thế chất lỏng bằng một miếng màng rắn, thường làm bằng gốm hoặc polymer. Thách thức xuất hiện ở đây: Làm sao để hai chất rắn tiếp xúc khít với nhau ở cấp độ siêu nhỏ?
• Khi sạc và xả: Các hạt ion di chuyển qua lại khiến các điện cực bị co vào, phình ra liên tục.
• Hậu quả: Vì là chất rắn ép vào nhau, sự co giãn này dễ làm chúng bị tách rời, tạo ra các khe hở không khí. Khi mất tiếp xúc, dòng điện bị nghẽn, pin sẽ tụt hiệu suất và hỏng rất nhanh.
Để giải quyết, các nguyên mẫu xe điện dùng pin thể rắn hiện nay phải trang bị một hệ thống khung cơ khí cực nặng để ép chặt khối pin với áp suất khổng lồ. Việc mang cả một "máy ép" như vậy lên xe ô tô là điều không tưởng đối với các nhà sản xuất xe thương mại vốn cần tối ưu trọng lượng.
2. Quá giòn và quá khó để sản xuất hàng loạt
Dự án thử nghiệm tại Bắc Kinh cho thấy pin thể rắn hoạt động tốt trong môi trường tĩnh, nằm im một chỗ dưới lòng đất. Nhưng xe điện thì phải lao đi trên đường, chịu rung lắc, ổ gà và va đập liên tục. Phần lớn màng gốm thể rắn hiện nay lại rất giòn và dễ nứt gãy.
Bên cạnh đó, việc sản xuất hàng loạt loại pin này là một cơn ác mộng về kỹ thuật:
• Dây chuyền sản xuất pin lỏng hiện tại đã quá hoàn thiện và rẻ. Chuyển sang pin thể rắn nghĩa là các hãng phải đập đi xây lại toàn bộ nhà máy với những tiêu chuẩn siêu ngặt nghèo (như môi trường cực kỳ khô ráo, kỹ thuật nung gốm nhiệt độ cao).
• Tỷ lệ sản phẩm lỗi trong phòng thí nghiệm hiện vẫn còn quá cao. Một công nghệ không thể thương mại hóa nếu cứ làm ra 10 viên pin thì hỏng mất một nửa.
3. Giá thành trên trời
Ngay cả vị lãnh đạo của CATL – tập đoàn sản xuất pin lớn nhất thế giới – cũng phải thừa nhận pin thể rắn còn rất lâu mới có thể phổ biến vì chi phí quá đắt đỏ.
Hiện tại, chi phí sản xuất một viên pin thể rắn hoàn toàn ước tính cao hơn gấp vài lần so với pin thông thường. Nếu lắp lên một chiếc xe bình dân, giá xe có thể bị đội lên gấp đôi, vượt quá tầm tay của đại đa số người tiêu dùng.
Bước đệm "bán rắn" trước khi chạm tới tương lai
Vì pin thể rắn hoàn toàn (All-Solid-State) quá khó, ngành xe điện đang chọn một giải pháp khôn ngoan hơn: Pin bán rắn (Semi-solid state).
Loại pin này vẫn giữ lại một chút chất lỏng hoặc gel bên trong để giải quyết vấn đề tiếp xúc bề mặt, nhưng vẫn tăng được đáng kể mật độ năng lượng. Một số mẫu xe điện cao cấp hiện nay đã bắt đầu ứng dụng loại pin bán rắn này để đạt quãng đường di chuyển lên tới 1.000 km sau một lần sạc.
Lời kết
Thành công của dự án hạ tầng tại Bắc Kinh là một cột mốc quan trọng, nhưng nó mới chỉ chứng minh pin thể rắn chạy tốt khi "nằm im". Để đưa được công nghệ này lên những chiếc xe điện chạy ngoài đường với mức giá hợp lý, các nhà khoa học và hãng xe sẽ cần thêm thời gian. Giới chuyên gia dự đoán, sớm nhất cũng phải đến giai đoạn 2028 – 2030, những chiếc xe thương mại dùng pin thể rắn hoàn toàn mới có thể chính thức lăn bánh.
Thế nhưng, nhìn lại thị trường xe điện (EV), người tiêu dùng vẫn chưa thể mua được một chiếc ô tô nào chạy hoàn toàn bằng loại pin này. Tại sao một công nghệ được ca ngợi là "vũ khí thay đổi cuộc chơi" giúp xe đi xa gấp đôi, sạc nhanh trong vài phút và hoàn toàn không lo cháy nổ đến nay vẫn "lỡ hẹn" với những chiếc xe thương mại?
Câu trả lời nằm ở những rào cản vật lý và kinh tế mà các kỹ sư vẫn đang đau đầu tìm cách vượt qua.
1) Bài toán "hai chất rắn ép vào nhau"
Trong viên pin lithium-ion thông thường, phần ở giữa là chất điện phân dạng lỏng. Chất lỏng này giống như nước, dễ dàng len lỏi và tiếp xúc hoàn hảo với hai đầu điện cực.
Pin thể rắn thì khác, nó thay thế chất lỏng bằng một miếng màng rắn, thường làm bằng gốm hoặc polymer. Thách thức xuất hiện ở đây: Làm sao để hai chất rắn tiếp xúc khít với nhau ở cấp độ siêu nhỏ?
• Khi sạc và xả: Các hạt ion di chuyển qua lại khiến các điện cực bị co vào, phình ra liên tục.
• Hậu quả: Vì là chất rắn ép vào nhau, sự co giãn này dễ làm chúng bị tách rời, tạo ra các khe hở không khí. Khi mất tiếp xúc, dòng điện bị nghẽn, pin sẽ tụt hiệu suất và hỏng rất nhanh.
Để giải quyết, các nguyên mẫu xe điện dùng pin thể rắn hiện nay phải trang bị một hệ thống khung cơ khí cực nặng để ép chặt khối pin với áp suất khổng lồ. Việc mang cả một "máy ép" như vậy lên xe ô tô là điều không tưởng đối với các nhà sản xuất xe thương mại vốn cần tối ưu trọng lượng.
2. Quá giòn và quá khó để sản xuất hàng loạt
Dự án thử nghiệm tại Bắc Kinh cho thấy pin thể rắn hoạt động tốt trong môi trường tĩnh, nằm im một chỗ dưới lòng đất. Nhưng xe điện thì phải lao đi trên đường, chịu rung lắc, ổ gà và va đập liên tục. Phần lớn màng gốm thể rắn hiện nay lại rất giòn và dễ nứt gãy.
Bên cạnh đó, việc sản xuất hàng loạt loại pin này là một cơn ác mộng về kỹ thuật:
• Dây chuyền sản xuất pin lỏng hiện tại đã quá hoàn thiện và rẻ. Chuyển sang pin thể rắn nghĩa là các hãng phải đập đi xây lại toàn bộ nhà máy với những tiêu chuẩn siêu ngặt nghèo (như môi trường cực kỳ khô ráo, kỹ thuật nung gốm nhiệt độ cao).
• Tỷ lệ sản phẩm lỗi trong phòng thí nghiệm hiện vẫn còn quá cao. Một công nghệ không thể thương mại hóa nếu cứ làm ra 10 viên pin thì hỏng mất một nửa.
3. Giá thành trên trời
Ngay cả vị lãnh đạo của CATL – tập đoàn sản xuất pin lớn nhất thế giới – cũng phải thừa nhận pin thể rắn còn rất lâu mới có thể phổ biến vì chi phí quá đắt đỏ.
Hiện tại, chi phí sản xuất một viên pin thể rắn hoàn toàn ước tính cao hơn gấp vài lần so với pin thông thường. Nếu lắp lên một chiếc xe bình dân, giá xe có thể bị đội lên gấp đôi, vượt quá tầm tay của đại đa số người tiêu dùng.
Bước đệm "bán rắn" trước khi chạm tới tương lai
Vì pin thể rắn hoàn toàn (All-Solid-State) quá khó, ngành xe điện đang chọn một giải pháp khôn ngoan hơn: Pin bán rắn (Semi-solid state).
Loại pin này vẫn giữ lại một chút chất lỏng hoặc gel bên trong để giải quyết vấn đề tiếp xúc bề mặt, nhưng vẫn tăng được đáng kể mật độ năng lượng. Một số mẫu xe điện cao cấp hiện nay đã bắt đầu ứng dụng loại pin bán rắn này để đạt quãng đường di chuyển lên tới 1.000 km sau một lần sạc.
Lời kết
Thành công của dự án hạ tầng tại Bắc Kinh là một cột mốc quan trọng, nhưng nó mới chỉ chứng minh pin thể rắn chạy tốt khi "nằm im". Để đưa được công nghệ này lên những chiếc xe điện chạy ngoài đường với mức giá hợp lý, các nhà khoa học và hãng xe sẽ cần thêm thời gian. Giới chuyên gia dự đoán, sớm nhất cũng phải đến giai đoạn 2028 – 2030, những chiếc xe thương mại dùng pin thể rắn hoàn toàn mới có thể chính thức lăn bánh.
Nguồn: Carnewschina
