Pin thể rắn thay chất điện phân lỏng trong pin ion lithium bằng vật liệu gốm hoặc polyme rắn. Theo MIT Technology Review, thiết kế này có thể sạc nhanh hơn và hoạt động lâu hơn. Nó cũng chứa nhiều năng lượng hơn trong cùng một không gian và sinh ít nhiệt hơn. Tuy nhiên, sợi nhánh lithium, khuyết tật vật liệu, yêu cầu phòng khô và chi phí sản xuất vẫn cản trở việc thương mại hóa ở quy mô lớn.
Pin ion lithium đã thay đổi cách con người lưu trữ năng lượng, từ thiết bị điện tử cá nhân đến các hệ thống lưu trữ quy mô lớn. Tuy nhiên, việc đưa ion lithium qua chất điện phân lỏng tạo ra một số nhược điểm, trong đó có nguy cơ cháy. Pin thể rắn có thể hỗ trợ quá trình giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Điều đó phụ thuộc vào việc các doanh nghiệp giải quyết được những hạn chế về vật liệu và sản xuất.
Công nghệ này cũng thuộc làn sóng đổi mới rộng hơn trong lĩnh vực công nghệ khí hậu. Trong lĩnh vực này, khả năng thương mại hóa quan trọng không kém kết quả trong phòng thí nghiệm.
Vì sao pin thể rắn vẫn chưa phổ biến? nội dung
Pin thể rắn chưa phổ biến vì độ bền của vật liệu và khả năng sản xuất hàng loạt vẫn chưa được giải quyết hoàn toàn. Công nghệ đã hoạt động trong phòng thí nghiệm, nhưng sản xuất thương mại đòi hỏi vật liệu ít khuyết tật, quy trình ổn định và chi phí cạnh tranh với pin ion lithium.
Trong hơn một thập kỷ, pin thể rắn liên tục được mô tả là chỉ còn cách thị trường vài năm. Một trở ngại nằm ở thiết kế kết hợp chất điện phân rắn với cực dương kim loại lithium. Trong lúc sạc, các sợi nhánh hình kim có thể phát triển, dần xuyên qua chất điện phân và làm đoản mạch tế bào pin.
Về lý thuyết, lớp điện phân rắn phải ngăn được quá trình này. Trên thực tế, nhiều vật liệu bị nứt khi các sợi nhánh xuyên qua, tương tự rễ cây phá vỡ nền bê tông.
Sản xuất hàng loạt còn đòi hỏi số lượng lớn các tấm vật liệu giống gốm không có khuyết tật. Quá trình lắp ráp phải diễn ra trong phòng khô vì chất điện phân có xu hướng phản ứng với nước. Theo MIT Technology Review, phần lớn nhà sản xuất kỳ vọng giá pin thể rắn sẽ tiến gần mức giá của bộ pin ion lithium vào khoảng giữa thập niên 2030.
QuantumScape rút thời gian xử lý gốm xuống vài phút
QuantumScape cho biết phương pháp sản xuất của công ty có thể rút thời gian xử lý chất điện phân gốm từ nhiều ngày xuống còn vài phút. Nếu vận hành được ở quy mô công nghiệp, quy trình này có thể tháo gỡ một trong những nút thắt sản xuất lớn của pin thể rắn.
QuantumScape là doanh nghiệp được Bill Gates hậu thuẫn, thành lập tại Thung lũng Silicon vào năm 2010. Công ty phát triển pin dựa trên một nhóm vật liệu gốm mà họ cho là tương thích với lithium và không tạo ra sợi nhánh.
Tim Holme, đồng sáng lập kiêm giám đốc công nghệ của QuantumScape, cho biết công ty đã dành khoảng 10 năm để nghiên cứu cách xử lý vật liệu. Mục tiêu là đáp ứng các yêu cầu còn lại. Năm 2025, doanh nghiệp công bố phương pháp sản xuất quy mô lớn độc quyền, cho phép chế tạo và xử lý nhiệt nhanh chất điện phân gốm dùng trong pin.
Theo Holme, hoạt động chế tạo gốm trong 10.000 năm qua thường phải nung nguyên liệu chậm trong lò suốt nhiều ngày. QuantumScape tuyên bố đã rút quá trình này xuống còn vài phút. Kết quả hiện mới là khẳng định của doanh nghiệp và vẫn cần được chứng minh trong sản xuất công nghiệp.
Toyota, CATL và Mercedes đang thử nghiệm đến đâu?
Toyota đang xây dựng nhà máy thử nghiệm, CATL đã đầu tư hàng tỷ USD vào nghiên cứu, còn Mercedes đã thử nghiệm pin thể rắn trên một chiếc EQS. Các dự án cho thấy công nghệ đã vượt ra ngoài tế bào pin nhỏ trong phòng thí nghiệm, nhưng chưa chứng minh được khả năng sản xuất đại trà với chi phí phù hợp.
Toyota, hãng ô tô lớn nhất thế giới, bắt đầu chương trình nghiên cứu pin thể rắn từ năm 2010. Hãng hiện hợp tác với tập đoàn năng lượng và dầu khí Idemitsu Kosan để xây dựng nhà máy thử nghiệm. Toyota đặt mục tiêu phát triển xe có thể chạy tới 745 dặm sau thời gian sạc không quá 10 phút. Kết quả này vẫn cần được chứng minh trong sản phẩm thương mại.
Tại Trung Quốc, CATL đang đầu tư mạnh cho cùng hướng công nghệ. Theo số liệu được GreyB tổng hợp và MIT Technology Review dẫn lại, CATL nắm khoảng 40% thị trường pin toàn cầu. Công ty đã rót gần 2,6 tỷ USD vào chương trình nghiên cứu pin thể rắn chỉ riêng trong năm 2024.
Mercedes lắp pin thể rắn lên một chiếc sedan EQS vào mùa thu năm 2025. MIT Technology Review cho biết xe đã chạy liên tục 750 dặm mà vẫn còn phạm vi hoạt động. Cuộc thử nghiệm cho thấy pin thể rắn có thể được tích hợp vào xe, nhưng chưa xác nhận chi phí hoặc khả năng sản xuất cho thị trường đại chúng.
Chi phí sẽ quyết định tốc độ thương mại hóa
Pin thể rắn chỉ có thể tiếp cận thị trường đại chúng khi chi phí giảm đủ để cạnh tranh với pin ion lithium. Những sản phẩm đầu tiên nhiều khả năng sẽ phục vụ các phân khúc chấp nhận giá cao hơn. Xe điện phổ thông và hệ thống lưu trữ điện lưới sẽ cần bằng chứng rõ hơn về độ tin cậy và hiệu quả kinh tế.
Thị trường xe điện đủ lớn để các doanh nghiệp tiếp tục đầu tư vào pin thể rắn. Dù vậy, phần chi phí tăng thêm thường được chuyển sang người mua, vì thế những mẫu xe điện dùng loại pin này đầu tiên gần như chắc chắn sẽ đắt hơn.
Khách hàng lưu trữ điện lưới cũng có thể thận trọng với một công nghệ mới chưa giảm được chi phí. Các trung tâm dữ liệu đang làm nhu cầu điện tăng lên, nhưng bên mua vẫn phải cân nhắc độ tin cậy và giá thành của hệ thống.
Khả năng lưu trữ lâu hơn mức tám giờ thường thấy ở pin ion lithium có thể khiến pin thể rắn hấp dẫn hơn.
Hàng không và quân sự có thể là thị trường đầu tiên
Hàng không và quân sự có thể trở thành thị trường đầu tiên của pin thể rắn. Hai lĩnh vực này ít nhạy cảm với chi phí và thường chỉ cần sản lượng thấp. Doanh thu từ các đơn hàng ban đầu có thể hỗ trợ doanh nghiệp vận hành nhà máy thử nghiệm, chứng minh công nghệ và mở rộng quy mô.
Một số doanh nghiệp pin thể rắn đang chọn cách tiếp cận từng được các công ty nhiệt hạch sử dụng: phục vụ trước những thị trường có biên lợi nhuận tốt hơn để tài trợ cho quá trình phát triển và giảm chi phí.
Solid Energies tại California và Sion Power có trụ sở tại Arizona đang xem xét bán pin cho ngành hàng không hoặc quân sự. Evelina Stoikou, trưởng nhóm phân tích công nghệ pin và chuỗi cung ứng tại BloombergNEF, nhận định hai lĩnh vực này ít nhạy cảm với chi phí hơn và thường chỉ cần sản lượng thấp. Theo Stoikou, doanh nghiệp có thể dùng các thị trường đó để chứng minh công nghệ, tài trợ cho nhà máy thử nghiệm rồi từng bước mở rộng quy mô.
Pin thể rắn đã hoạt động trong các thử nghiệm, thu hút vốn đầu tư và nhận được sự quan tâm của nhiều nhà sản xuất lớn. Điểm chưa chắc chắn nằm ở sản xuất công nghiệp, nơi khuyết tật vật liệu, điều kiện phòng khô và chi phí có thể làm chậm tiến độ. Theo thang đánh giá của MIT Technology Review, công nghệ này đạt mức tiến triển 7.
Hãy tiếp tục theo dõi Sine để cập nhật những bước tiến tiếp theo của pin thể rắn và các công nghệ năng lượng mới.
