Pin thể rắn thương mại hóa: Bước ngoặt sạc 10 phút, chạy 1.000 km và chấm dứt nguy cơ cháy nổ xe điện

Rào cản lớn nhất ngăn cản người tiêu dùng toàn cầu chuyển đổi từ xe xăng sang xe điện vẫn xoay quanh hai nỗi lo: nỗi sợ cháy nổ do pin quá nhiệt và sự bất tiện khi phải chờ đợi 30 đến 45 phút tại các trạm sạc. Pin lithium-ion truyền thống sử dụng chất điện phân dạng dung dịch hữu cơ lỏng, vốn rất dễ bốc cháy khi vỏ pin bị va đập hoặc khi xuất hiện các nhánh tinh thể lithium (dendrites) đâm xuyên màng ngăn gây đoản mạch.

Pin thể rắn (Solid-State Battery) giải quyết triệt để vấn đề này bằng cách thay thế chất lỏng dễ cháy bằng một lớp chất điện phân thể rắn bằng gốm sứ hoặc sulfide. Lớp màng này hoạt động như một bức tường vật lý vững chắc ngăn chặn hoàn toàn tinh thể lithium đâm xuyên, triệt tiêu nguy cơ cháy nổ ngay cả khi tế bào pin bị đinh đâm thủng hoặc biến dạng nghiêm trọng trong tai nạn giao thông.

Nhờ sử dụng cực dương bằng kim loại lithium tinh khiết thay vì than chì graphite truyền thống, pin thể rắn có thể đạt mật độ năng lượng vượt ngưỡng 500 Wh/kg – cao gấp đôi so với mức 250 Wh/kg của các loại pin xe điện tốt nhất hiện nay trên thị trường.

Điều này đồng nghĩa với việc các nhà sản xuất có thể giảm một nửa trọng lượng của bộ pin mà vẫn giữ nguyên quãng đường di chuyển, hoặc giữ nguyên trọng lượng để mang lại cự ly di chuyển kỷ lục trên 1.000 km cho một lần sạc duy nhất. Hơn nữa, khả năng dẫn ion vượt trội của chất điện phân rắn cho phép dòng điện sạc công suất cực cao đi qua mà không sinh nhiệt quá mức, rút ngắn thời gian sạc từ 10% lên 80% xuống chỉ còn dưới 10 phút.

Cuộc đua đưa pin thể rắn ra thị trường đang diễn ra khốc liệt giữa các cường quốc công nghệ. Toyota sở hữu hơn 1.000 bằng sáng chế liên quan và dự kiến xuất xưởng những chiếc xe đầu tiên vào năm 2027. Trong khi đó, các công ty khởi nghiệp của Mỹ như QuantumScape (hợp tác cùng tập đoàn Volkswagen) và tập đoàn pin số một thế giới CATL của Trung Quốc đều đã vận hành các dây chuyền sản xuất thử nghiệm (pilot line).

Thách thức lớn nhất hiện nay là hạ giá thành sản xuất hàng loạt, do vật liệu sulfide đòi hỏi môi trường sản xuất vô trùng và kiểm soát độ ẩm cực kỳ nghiêm ngặt. Khi bài toán chi phí được giải quyết vào cuối thập kỷ này, pin thể rắn sẽ mở ra bước ngoặt mới không chỉ cho ô tô mà còn cho máy bay chở khách chạy điện và tàu thủy không phát thải.