Trung Quốc phát minh ra pin thể rắn đặc biệt cho xe điện: Vừa rẻ lại an toàn?

Các nhà khoa học Trung Quốc vừa phát triển một loại pin lithium thể rắn có hiệu suất vượt trội và chi phí thấp hơn đáng kể so với các loại pin truyền thống.

Mặc dù đã có những tiến bộ trong công nghệ pin lithium, song kích thước, trọng lượng và nguy cơ cháy nổ tiềm ẩn vẫn là những rào cản lớn khiến xe điện chưa thể trở thành phương tiện hoàn toàn an toàn.

Việc thay thế chất điện phân dạng lỏng của pin lithium thông thường bằng chất điện phân dạng rắn hứa hẹn sẽ mang lại thời gian sạc nhanh hơn, hiệu suất cao hơn và tiêu chuẩn an toàn cao hơn.

Tuy nhiên, việc triển khai rộng rãi công nghệ pin thể rắn vẫn gặp nhiều khó khăn do chi phí vật liệu và sản xuất cao. Một cuộc chạy đua toàn cầu đã nổ ra nhằm tìm ra giải pháp thương mại khả thi.

Theo báo cáo của SCMP, các nhà nghiên cứu từ Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC) ở tỉnh An Huy đã phát triển một loại chất điện phân thể rắn mang triển vọng lớn.

Báo cáo được công bố trên tạp chí Angewandte Chemie International Edition cho biết nhóm nghiên cứu đã có cách tiếp cận mới đối với vấn đề vốn làm đau đầu các chuyên gia trong hơn một thập kỷ.

Các ông lớn bao gồm Toyota của Nhật Bản và Samsung của Hàn Quốc đều đã đầu tư vào nghiên cứu và phát triển chất điện phân trạng thái rắn phù hợp, với ba loại chính là oxit, sunfua và clorua.

Giá thành của chúng thường dao động trong khoảng hơn 195 USD/kg, cao hơn nhiều so với mức 50 USD/kg thông thường để thương mại hóa.

Nhà nghiên cứu Ma Cheng của USTC cho biết: “Các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đang nỗ lực giảm chi phí nhưng quá trình này rất khó để đạt được mục tiêu”.

Để vượt qua thách thức này, Ma và đội ngũ của ông đã phát triển một chất điện phân rắn sunfua mới, được gọi là Li7P3S7.5O3.5 (LPSO) không cần lithium sunfua làm nguyên liệu thô.

LPSO được tổng hợp từ hai hợp chất giá rẻ, với chi phí thành phần chỉ 14,42 USD/kg – ít hơn 8% chi phí nguyên liệu thô của các chất điện phân rắn sunfua khác.

Một số chuyên gia vẫn nghi ngờ về khả năng hạ giá thành sản xuất của pin thể rắn do công nghệ còn quá mới và chưa được kiểm chứng thương mại hóa rộng rãi.

Giá rẻ không đồng nghĩa với việc chất lượng của dòng sản phẩm mới bị giảm sút. Chất điện phân rắn LPSO có mật độ thấp, khả năng tương thích tốt với điện cực dương, góp phần tạo nên hiệu suất hoạt động vượt trội.

Hiện nay, mọi ắc quy đều hoạt động theo nguyên tắc dòng ion chạy qua chất điện giải từ cực dương đến cực âm, tạo ra dòng điện. Pin thể rắn thay thế chất điện giải lỏng bằng chất rắn, giúp xe điện chạy an toàn hơn và giảm nguy cơ cháy nổ.

“Chúng tôi tin rằng chất điện phân rắn gốc sunfua sẽ là giải pháp tiềm năng cho các thách thức về ắc quy xe điện, bao gồm phạm vi di chuyển và thời gian sạc” giám đốc Shunichi Kito của Idemitsu khẳng định trong cuộc họp báo cùng Toyota. Tuy nhiên, ông Ma cảnh báo rằng hiệu suất của vật liệu mới vẫn chưa thực sự lý tưởng và đang cần cải thiện thêm.

Các công ty từ Nhật Bản, Hàn Quốc, Châu Âu và Mỹ vốn tụt hậu so với Trung Quốc trong lĩnh vực pin lithium truyền thống đang kỳ vọng công nghệ pin thế hệ mới có thể giúp họ giành lại vị thế.

Toyota đặt mục tiêu tung ra thị trường pin thể rắn hoàn toàn vào năm 2027. Nếu thành công, Toyota có thể bán xe điện an toàn hơn, sạc nhanh hơn và hiệu quả hơn với khả năng chạy 1.200 km chỉ với một lần sạc, nhanh gấp đôi so với các dòng sản phẩm hiện nay.

Cuộc đua nghiên cứu về pin thể rắn đang diễn ra trên toàn cầu. Viện trưởng Peter Bruce của Faraday Institution cho rằng nếu Toyota thành công trong việc chế tạo pin thể rắn với chi phí rẻ hơn và hiệu quả sạc cao hơn, họ có thể làm chấn động toàn thị trường.