Pin thể rắn là pin lithium trong đó chất điện phân lỏng được thay bằng chất rắn. Lời hứa rất lớn: đi được xa hơn với cùng khối lượng, sạc nhanh hơn và nguy cơ cháy thấp hơn. Với các hãng ô tô, đây là cuộc đua mới, với người lái — chiếc xe đi xa hơn và ít sợ quá nhiệt hơn. Hiện đây mới là các công bố và dây chuyền thí điểm: chưa có sản phẩm sản xuất hàng loạt nào để mua.
Cách hoạt động
Trong pin lithium thông thường, ion di chuyển từ điện cực này sang điện cực kia qua chất lỏng — dung dịch muối trong dung môi hữu cơ. Chất lỏng dẫn ion tốt nhưng dễ cháy, và khi quá nhiệt có thể sôi. Chất điện phân rắn là gốm, thủy tinh hoặc polymer có cấu trúc đặc biệt: ion lithium nhảy từ “ô cửa” này sang “ô cửa” khác của mạng tinh thể, như bước qua suối trên những hòn đá. Gốm và thủy tinh không cháy và không chảy, nên nguy cơ cháy thấp hơn.
Lợi thế chính nằm ở anode. Hiện nay ion lithium được lưu giữa các lớp graphite; chất điện phân rắn cho phép thay vào đó một lá lithium nguyên chất mỏng, tức là nhiều năng lượng hơn hẳn trong cùng thể tích. Trong chất lỏng, trên anode lithium mọc ra dendrite — những chiếc kim kim loại đâm thủng màng ngăn và làm chập cell. Lớp rắn đặc được kỳ vọng sẽ chặn chúng lại, nên cell thể rắn có thể đóng gói dày đặc hơn và sạc mạnh tay hơn.
Cái khó nằm ở sản xuất. Chất lỏng tự thấm vào mọi lỗ xốp, còn hai lớp rắn chỉ tiếp xúc nhau ở nơi bề mặt phẳng hoàn hảo. Mỗi lần sạc, các điện cực lại “thở” nhẹ — thay đổi thể tích, và ở chỗ tiếp xúc xuất hiện vết nứt và khoảng trống khiến cell mất dung lượng. Một số chất điện phân rắn sợ hơi ẩm và đòi hỏi xưởng sản xuất khô. Vì vậy các mốc thời gian bị dời lại: Toyota nhắm tới 2027–2028, Samsung SDI — 2027.
Đã được ứng dụng ở đâu
- Dây chuyền thí điểm của các hãng ô tô: Toyota nhắm sản xuất hàng loạt vào 2027–2028.
- Samsung SDI nêu mốc 2027; người mua hiện chưa có những cell như vậy.
- Những chiếc xe đầu tiên dùng loại pin này dự kiến ra mắt với số lượng nhỏ, độ tin cậy của dự báo thấp.
- Phòng thí nghiệm và bệ thử: kiểm tra độ bền và độ an toàn của cell.
Cần lưu ý
- Chưa có sản phẩm sản xuất hàng loạt: pin “thể rắn” đang bán hôm nay cần kiểm tra đặc biệt kỹ.
- Hỏi rõ đó có phải pin bán rắn không: trong loại này vẫn còn một phần chất điện phân lỏng hoặc dạng gel.
- Mốc thời gian của nhà sản xuất là kế hoạch, không phải lịch giao hàng; những chiếc xe đầu tiên — số lượng nhỏ.
- Cần xe hay hệ thống lưu trữ năng lượng ngay bây giờ — chọn LFP hoặc natri thay vì chờ đợi.