Những diễn tiến mới nhất về loại bình điện thể rắn (solid state battery-SSB)

[trungthuc]

Trong những năm gần đây, các tin tức về loại "bình điện thể rắn" (solid state battery-SSB) làm cho những người yêu thích xe điện háo hức chờ đợi. SSB dự kiến sẽ giúp cho EV đi xa được 600 dặm/lần sạc, tạo điều kiện để cho EV thay thế xe chạy xăng nhanh chóng và dễ dàng hơn. Tuy hấp dẫn đến vậy, hiện trạng của "cuộc đua SSB" vào đầu năm 2025 đang đến đâu?

Theo trang mạng xe điện insideevs.com, bình điện thể rắn có cảm giác như đang còn bị "mắc kẹt" trong phòng thí nghiệm. Nhưng những chuyên gia cho biết tiến trình nghiên cứu chế tao ra SSB không phải chậm đến như vậy. Các công ty đang tiến đến gần mục tiêu hơn bao giờ hết để thương mại hóa, nhưng vẫn còn phải vượt qua một số rào cản nhất định.


Bình điện thể rắn rất thích hợp cho những chiếc xe vận tải điện. (Ảnh minh họa: HD/Người Việt)

Siyu Huang, CEO của công ty khởi nghiệp Factorial có cho biết: "Chúng tôi đang trong giai đoạn đột phá để đưa SSB đến gần hơn với các ứng dụng trong xe hơi. Thách thức chính đối với SSB là khả năng mở rộng quy mô sản xuất với số lượng lớn". Factorial có trụ sở đặt tại Massachusetts, là một trong những công ty dẫn đầu trong lĩnh vực này. Công ty đã ký kết các thỏa thuận sản xuất SSB chung với các hãng xe như Mercedes-Benz, Stellantis và Hyundai Motor Group.

Nói về nguyên lý hoạt động, trong một pin lithium-ion thông thường, chất điện phân thường là một loại hóa chất lỏng gốc lithium. Bình điện thể rắn thay thế chất điện phân đó bằng chất điện phân rắn, thường được làm từ polyme, sunfur hoặc oxide.

Nghiên cứu chỉ ra rằng sự thay đổi này sẽ mang lại những lợi thế quan trọng. Bình điện thể rắn sẽ chứa được nhiều điện năng lớn hơn trong một thể tích nhỏ hơn. Chúng sạc nhanh hơn, đồng thời sẽ an toàn hơn, có độ ổn định nhiệt tốt hơn so với pin thể lỏng hiện tại. Loại pin điện thể rắn SSB này sẽ giải quyết nhiều vấn đề kỹ thuật phổ biến với EV như giảm phạm vi hoạt động ở nhiệt độ đóng băng, nguy cơ dễ bị cháy nổ.

Ngoài Factorial, một số công ty khác cũng đang chạy đua để áp dụng kỹ thuật mới này. QuantumScape có trụ sở đặt tại California đã hợp tác với công ty con PowerCo của Tập đoàn Volkswagen để ckỹ nghệ hóa hóa SSB. Tập đoàn BMW và Ford đã đầu tư hàng triệu USD vào Solid Power có trụ sở tại Colorado. Toyota và Honda cũng đang dẫn đầu các nỗ lực nghiên cứu chế tạo SSB của riêng họ tại Nhật Bản.

Tuy nhiên, việc sản xuất hàng loạt SSB vẫn còn là một thách thức lớn. Một phần của vấn đề là không thể sử dụng cùng một nhà máy đã từng sản xuất bình điện hiện tại cho SSB. Nơi sản xuất cần phải xây dựng mọi thứ đều mới, điều này đòi hỏi khá nhiều tiền bạc và thời gian.

Nói một cách đơn giản hơn, việc sản xuất bình điện luôn đòi hỏi tuạn theo 3 quy trình chính: sản xuất điện cực, sản xuất và thiết lập điều kiện (conditioning)cho tế bào bình điện (cell). Các quy trình và chuỗi cung ứng hiện nay được tối ưu hóa để sản xuất ra loại pin lithium-ion thuộc thế hệ cũ; bây giờ cần phải sắp xếp lại những quy trình đó cho bình thể rắn. Sự thay đổi nay tương tự như chuyển đổi từ dây cáp đồng sang cáp quang. Cần phải thiết kế lại toàn bộ cơ sở hạ tầng và vì kỹ thuật này vẫn còn mới mẽ, các chuyên gia nghiên cứu đang nỗ lực hầu vượt qua những rào cản để đạt được hiệu suất và độ tin cậy cao.

Factorial đang lcho thực hiện như vậy, xây dựng các quy trình độc quyền mới, trong khi vẫn tiếp tục áp dụng một số kỹ thuật đã được sử dụng để sản xuất loại pin lithium-ion. Hồi năm ngoái, công ty cho mở ra dây chuyền sản xuất SSB được cho là lớn nhất tại Hoa Kỳ tại Methuen, Massachusetts. Công ty gửi một "mẫu B" đến hãng xe Mercedes-Benz để cho thử nghiệm. "Mẫu B" được gọi để chỉ ra nguyên mẫu bình điện thể rắn gần với điều kiện chế tạo ra.

Factorial tuyên bố các loại bình diện SSB của họ có thể cho phép xe điện có phạm vi di chuyển trên 600 dặm, cao hơn gấp đôi so vối con số trung bình hiện nay là 283 dặm. Factorial cũng cho biết loại bình điện này có thể hoạt động vẫn tốt ở nhiệt độ trên 90 độ C; và giảm được 40% trọng lượng so với loại bình điện thông thường.

Giảm trọng lượng bình sẽ giúp làm giảm các cấu trúc hỗ trợ, và làm giảm các chi phí bỏ ra. Với mỗi pound được giảm đi, các công ty sản xuất có thể tiết kiệm được 5 USD cho chi phí chế tao ra bình. Người Mỹ ưa chuộng những chiếc SUV và xe pickup cỡ lớn. Những chiếc xe này luôn cần đến những bình điện có công suất lớn. SSB là một giải pháp tuyệt vời cho phân khúc SUV/xe tải.

Với những hứa hẹn như vậy, và sự trông đợi của người sử dụng cao như vậy, các công ty sản xuất càng thận trọng hơn khi tung ra bình điện thể rắn đầu tiên trên thị trường. Họ không muốn tung ra một sản phẩm sẽ gây ra nhiều thất vọng không đáng có.