BMW Và Solid Power Hợp Tác Phát Triển Công Nghệ Pin Thể Rắn

Khoảng cuối tháng 12/2017, BMW đã hợp tác với công ty Solid Power của Mỹ để cùng nghiên cứu phát triển pin thể rắn – công nghệ hứa hẹn sẽ mang đến giải pháp cấp năng lượng an toàn và hiệu quả hơn trong tương lai. Theo trang Reuters, 2 công ty đang xem xét tiềm năng của loại pin thể rắn trong việc ứng dụng lên những chiếc xe điện hiệu suất cao. Nhiều chuyên gia tin rằng pin thể rắn có thể sẽ sớm thay thế vai trò của pin lithium-ion phổ biến hiện hành vào khoảng đầu thập kỷ tiếp theo.

Một số lợi ích của pin thể rắn như có chi phí thấp hơn, dung lượng lớn hơn và thời gian sạc nhanh hơn đáng kể. Từ tháng 02/2017, dường như BMW đã bắt đầu triển khai các nghiên cứu về pin thể rắn với ý định sử dụng cho cho các dòng xe sản xuất vào năm 2026. Nhiều nhà sản xuất xe khác, bao gồm cả Toyota và Porsche, hiện cũng đã tham gia vào cuộc cạnh tranh nhằm phát triển công nghệ pin thể rắn của riêng mình.

Về pin thể rắn, bên trong một viên pin thông thường hiện có 2 thanh kim loại khác nhau, một cực cho đi các electron là anode, một cực nhận electron là cathode, chúng kết nối với nhau thông qua một môi trường được gọi là chất điện li – nơi electron có thể di chuyển một cách dễ dàng.

Chất điện li thường là chất lỏng hoặc dạng gel, nhưng giữ nó trong laptop hay smartphone của người dùng cần phải đảm bảo an toàn. Việc đảm bảo cho chất lỏng không gây nguy hiểm cho thiết bị và người dùng là một thách thức lớn. Ngoài ra, ở những bộ pin có kích thước lớn hơn, chẳng hạn như pin dùng cho xe điện, chất điện phân cần được giữ trong các lớp vỏ nhựa hoặc kim loại cứng để đảm bảo cho tính ổn định của kết nối.

Trong hầu hết pin Lithium-ion đang được sử dụng hiện nay, cathode và anode kết nối với nhau bởi chất điện phân làm từ gel hữu cơ, được gọi là polymer. Lợi thế của polymer là nó có thể được bọc trong vỏ nhựa nhẹ, có thể được sản xuất ở nhiều kích thước khác nhau để dùng cho các thiết bị điện tử nhỏ gọn hay thậm chí là cho xe hơi.

Nhưng vấn đề là chúng có thể bốc cháy và thậm chí phát nổ ở một số điều kiện nhất định. Electron di chuyển từ cực âm sang cực dương thông qua thiết bị của người dùng, nhưng Lithium lại là kim loại phản ứng mạnh và nếu vỏ pin bị thủng, các phản ứng xảy ra giữa Lithium hơi ẩm trong không khí có thể khiến gel điện phân bắt lửa và bốc cháy. Một nhược điểm nữa là pin lithium-Ion không hoạt động một cách tốt nhất trong môi trường lạnh bởi chất điện phân được dùng là ở dạng gel hữu cơ. Nhiệt độ càng thấp, dòng electron di chuyển càng chậm.

Có thể thấy gel hữu cơ luôn là một phần trong mọi vấn đề và pin thể rắn là cách mà các nhà khoa học muốn hướng tới nhằm loại bỏ chất điện phân dạng gel ra khỏi hệ thống. Kể từ khi những viên pin đầu tiên ra đời sau phát kiến của Alessandro Volta, chất điện phân đã là chất lỏng hoặc dạng gel. Việc dùng chất rắn để làm chất điện phân có thể tạo ra một cuộc cách mạng về công nghệ pin.

Hồi năm 2011, các nhà khoa học đã thành công trong việc hiện thực hóa ý tưởng mới khi tạo ra một loại chất điện phân rắn cho phép electron có thể di chuyển linh hoạt như trong gel. Lithium, Germanium, phốt pho và lưu huỳnh là những chất liệu được sử dụng để tạo ra bộ khung tứ diện 3D - môi trường điện phân của pin thể rắn. Vì là một khối rắn nên nó không thể nổ và pin vẫn hoạt động tốt ở điều kiện nhiệt độ -29 độ C.

Đầu năm 2017, John Goodenough - người phát minh ra pin Lithium cho biết ông và các cộng sự cũng đã chế tạo thành công viên pin thể rắn với mật độ năng lượng gấp 3 lần so với pin Lithium-ion hiện hành. Vấn đề mà các nhà khoa học cần phải giải quyết là công suất đầu ra của pin và tối ưu hóa quy trình sản xuất nhằm mục tiêu thương mại pin thể rắn vào một ngày không xa trong tương lai. Ngày càng có nhiều công ty lớn như BMW tham gia vào lĩnh vực nghiên cứu công nghệ pin mới, hứa hẹn sẽ sớm mang đến trải nghiệm thực tế cho người dùng.