[Giới thiệu]PIN THỂ RẮN – CUỘC CÁCH MẠNG CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

Pin thể rắn (solid-state batteries) sẽ đánh đổ hoàn toàn những giới hạn phần cứng ở laptop, smartphone hay các thiết bị công nghệ đặc biệt tiên tiến khác trong 3-4 năm tới. Hôm nay hãy cùng Phúc Anh tìm hiểu về loại linh kiện này nhé.

CÔNG NGHỆ PIN HIỆN TẠI

Pin là một thiết bị lưu trữ dạng năng lượng hóa học và chuyển hóa chúng thành năng lượng điện. Chúng có 4 thành phần chính: cực dương (cathode), cực âm (anode), chất điện phân (electrolyte) và lớp phân tách (separator). Dòng điện được tạo ra khi các hạt electron di chuyển từ cực âm này qua cực dương, chức năng của hai điện cực là tạo ra dòng điện, và dung môi điện phân cho phép các ion dương di chuyển giữa các điện cực; quá trình này giúp cân bằng dòng electron. Cuối cùng, lớp phân tách giữ khoảng cách giữa hai điện cực và ngăn không cho pin bị đoản mạch.

Pin thông thường đang gặp rất nhiều hạn chế trước sự phát triển của công nghệ phần cứng

Một điểm khác biệt quan trọng giữa công nghệ pin hiện tại và pin thể rắn đó là dung môi điện phân. Các pin Lithium-ion hiện đang dùng dung môi lỏng. Không may thay, một số chất có mặt trong dung môi lỏng này có khả năng hình thành các cấu trúc sợi tinh thể len lỏi trong pin, gọi là dendrites. Dendrites tạo ra các tia tinh thể rất sắc và dài đủ để đâm thủng lớp phân tách và gây đoản mạch, dẫn đến cháy nổ nghiêm trọng. 

Sự hình thành của dendrites trên pin Lithium truyền thống

ƯU ĐIỂM PIN THỂ RẮN

Pin thể rắn hứa hẹn có nhiều ưu điểm hơn so với người tiền nhiệm sử dụng chất điện phân lỏng: tuổi thọ pin cao hơn, thời gian sạc nhanh hơn và an toàn hơn.

Pin thể rắn sẽ sử dụng chất điện phân thể rắn, ngăn chặn sự hình thành dendrites.

Thêm vào đó, khi thay thế bằng chất điện phân rắn, mật độ năng lượng của pin tăng lên trông thấy, trong khi rủi ro cháy nổ giảm tối đa. Pin cũng trở nên nhỏ hơn, có khả năng hoạt động trong nhiều điều kiện nhiệt độ.

Với thiết kế pin thể rắn, cả điện cực dương, điện cực âm và chất điện phân giữa chúng là những mảnh kim loại, hợp kim hoặc một số vật liệu tổng hợp khác ở thể rắn. Thuật ngữ "thể rắn" có thể khiến bạn liên tưởng đến các ổ cứng thể rắn (SSD) và đó không phải là sự trùng hợp ngẫu nhiên. Ổ đĩa lưu trữ thể rắn sử dụng bộ nhớ flash và không có bộ phận chuyển động, trái ngược với ổ đĩa cứng truyền thống vốn lưu trữ dữ liệu trên đĩa từ và khi hoạt động, một mô tơ nhỏ làm quay các đĩa vật lý để đọc hoặc ghi dữ liệu.

John Goodenough, cha đẻ của pin Lithium,đặt nền móng cho Solid-State Battery được trao tặng huân cchương vì cống hiến cho khoa học

Công nghệ pin thể rắn đại diện cho nhiều bước tiến lớn hơn là chỉ sự tiện lợi đơn thuần. Đây là công nghệ then chốt có thể “cứu” lấy Trái Đất. Sẽ có nhiều xe điện hoàn thiện hơn đem lại thay đổi lớn với thị trường phương tiện vận tải: các phương tiện sử dụng xăng dầu sẽ là chuyện của quá khứ. Pin thể rắn cũng có thể được tạo ra với các vật liệu thân thiện môi trường như Natri, vốn sẵn có khắp các đại dương. 

Pin thể rắn giải quyết vấn đề xả thải nguy hiểm ra môi trường, nguyên liệu chế tạo cũng an toàn hơn

Công nghệ này có thể đặt dấu chấm hết cho các phương tiện sử dụng năng lượng hóa thạch. Laptop hay smartphone có thể có thời lượng pin lên tới nhiều ngày với thời gian sạc chỉ trong tích tắc, gia tăng tuổi thọ từ 2-10 năm, không còn nỗi buồn vừa dùng vừa phải cắm sạc.

Được ra mắt vào ngày 3/3 tại một triển lãm ở Tokyo, loại pin thể trắn của Hitachi Zosen có dung lượng lên tới 1000 mAh – gấp bảy lần các sản phẩm trước đó của tập đoàn này. Loại pin mới trình làng cũng có thể hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ âm 40 độ C tới 100 độ C.

Pin thể rắn được Hitachi công bố

HẠN CHẾ CỦA PIN THỂ RẮN

Nhược điểm của loại pin này là mức giá hiện vẫn chưa thực tế, ví dụ như một viên pin với dung lượng đủ lớn để cung cấp năng lượng cho một chiếc xe điện sẽ có mức giá ước lượng 50.000 đô la.

Một trong những lý do dẫn đến mức giá cao ngất ngưởng này là bởi ngành công nghiệp sản xuất pin khổng lồ đang vận hành trên khắp thế giới - hàng trăm triệu viên pin đang được sản xuất mỗi năm, do đó chi phí để tạo ra các nguyên vật liệu mới và cải tiến các dây chuyền sản xuất là vô cùng lớn. Hiện tại, mới chỉ có một vài công ty và trường đại học nghiên cứu sản xuất pin thể rắn, vì vậy chi phí để sản xuất loại pin này vẫn ở mức "trên trời".

Theo tổ chức đánh giá thị trường Grand View Research, quy mô thị trường ngành công nghiệp pin thể rắn đạt 32,9 tỷ USD vào năm 2021 và được dự báo có tốc độ tăng trưởng trung bình 13% trong giai đoạn 2022-2027.