Pin thể rắn đang được kỳ vọng sẽ là bước nhảy vọt tiếp theo trong công nghệ năng lượng, hứa hẹn thay đổi cách cung cấp năng lượng cho thế giới. Với khả năng sạc nhanh chóng chỉ trong vài phút và tuổi thọ dài hơn đáng kể so với pin lithium-ion hiện tại, pin thể rắn đang được coi là tương lai của ngành công nghiệp năng lượng.

Giáo sư Cengiz S. Ozkan, đồng tác giả chính của nghiên cứu, cho biết rằng pin thể rắn đang ngày càng tiến gần hơn đến hiện thực. Bài đánh giá của nhóm nghiên cứu cho thấy khoa học đã tiến xa đến đâu và cần những bước tiếp theo nào để đưa những loại pin này vào sử dụng hàng ngày.

Pin thể rắn hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự pin lithium-ion, nhưng thay vì sử dụng chất lỏng dễ cháy để di chuyển các ion lithium, pin thể rắn sử dụng vật liệu rắn như gốm, polyme hoặc các hợp chất gốc sulfide. Sự thay đổi này không chỉ loại bỏ hoàn toàn nguy cơ cháy nổ, mà còn cho phép sử dụng kim loại lithium nguyên chất làm cực dương, giúp pin nhẹ hơn, dung lượng cao hơn và tuổi thọ dài hơn đáng kể.

Tốc độ sạc của pin thể rắn cũng vượt trội so với pin lithium-ion. Các thiết kế mới có thể đạt mức sạc 80% trong 12 phút, thậm chí chỉ 3 phút. Ngoài ra, pin thể rắn còn có tuổi thọ dài hơn, có thể duy trì hơn 90% dung lượng ngay cả sau 5.000 chu kỳ sạc.

Tuy nhiên, việc thương mại hóa pin thể rắn vẫn còn là một thách thức. Pin thể rắn vẫn còn đắt đỏ và khó sản xuất ở quy mô lớn. Các vấn đề về giao diện, nơi các lớp rắn gặp nhau, vẫn ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ pin.

Các công ty lớn như Toyota, Samsung, QuantumScape và Solid Power đang đầu tư mạnh vào pin thể rắn. Tuy nhiên, để pin thể rắn thực sự đến được tay người tiêu dùng đại chúng, các chuyên gia ước tính vẫn còn cần thêm nhiều năm nữa.

Pin thể rắn hứa hẹn khả năng tái chế tốt hơn pin lỏng, nhưng nhiều hóa chất điện phân rắn vẫn thiếu các giải pháp phục hồi bền vững. Việc phát triển pin thể rắn sẽ cần kỹ thuật chế tạo cẩn thận, đầu tư lớn và những đột phá khoa học cơ bản để có thể hiểu và triển khai đầy đủ tiềm năng của nó.

Trung Quốc đã công bố việc áp dụng lớp kiểm soát kỹ thuật mới nhằm hạn chế xuất khẩu các công nghệ quan trọng trong chuỗi sản xuất pin xe điện. Giới quan sát nhận định đây là một bước đi chiến lược sâu sắc của Trung Quốc trong nỗ lực bảo vệ vị thế dẫn đầu toàn cầu trong lĩnh vực này.

Các công nghệ liên quan đến sản xuất vật liệu cực cathode cho pin LFP (Lithium Iron Phosphate) và quy trình xử lý kim loại phi sắt, cùng các kỹ thuật tinh chế lithium, sẽ được đặt dưới sự kiểm soát nghiêm ngặt. Bất kỳ hành vi chuyển giao hoặc chia sẻ công nghệ ra nước ngoài đều phải xin phép chính phủ Trung Quốc. Đây không phải là lần đầu tiên Bắc Kinh giới hạn xuất khẩu công nghệ thuộc diện nhạy cảm. Trước đó, Trung Quốc đã áp đặt hạn chế với nguyên liệu đất hiếm, linh kiện drone và chip bán dẫn theo chủ trương ‘Made in China2025’ – chiến lược đầy tham vọng hướng tới hiện đại hóa ngành công nghiệp nội địa và đặt yếu tố tự chủ lên hàng đầu.

Việc kiểm soát sâu vào công nghệ phục vụ pin EV lần này đánh dấu bước tiến quan trọng hơn, bởi pin chiếm tới gần một phần ba chi phí của một chiếc xe điện và đại diện cho ‘trái tim’ công nghệ của EV. Trung Quốc hiện đã nắm giữ khoảng 65-70% công suất tinh chế lithium toàn cầu, sản xuất 70% pin điện, cùng với vị trí dẫn đầu về cathode và anode. Gã khổng lồ pin Trung Quốc CATL đang duy trì lợi thế rất lớn với các hợp đồng cung cấp cho Tesla, Ford và nhiều hãng ô tô toàn cầu. Chính quyền Bắc Kinh muốn bảo vệ chuỗi giá trị này bằng cách giữ chặt công nghệ ở trong nước, hạn chế cả việc chuyển giao sang các khu vực có thể xảy ra rủi ro hoặc bất lợi địa chính trị.

Động thái này của Trung Quốc rõ ràng được thúc đẩy bởi mong muốn bảo đảm an ninh kinh tế – không để đối thủ nước ngoài dễ dàng chiếm lĩnh công nghệ tiên tiến. Điều đó càng trở nên cấp thiết khi các quốc gia như Mỹ và EU đang ráo riết đẩy mạnh chính sách nội địa hoá nguồn cung, thực hiện dự án phát triển chuỗi cung ứng EV từ khai khoáng đến hoàn thiện pin. Tuy nhiên, hệ quả từ động thái này với thị trường xe điện toàn cầu là rõ ràng. Các hãng xe phương Tây đang lo ngại rằng họ có thể bị đình trệ trong việc cập nhật công nghệ nếu không thể tiếp cận pin LFP thế hệ mới.

Cathode LFP vốn đang ngày càng được sử dụng rộng rãi vì giá thành rẻ hơn và an toàn hơn, nhưng nếu Trung Quốc hạn chế xuất khẩu, các nhà sản xuất bên ngoài khó tiếp cận vật liệu chất lượng cao, ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng cạnh tranh. Đối với các công ty đa quốc gia như CATL, Bosch, SK Innovation, Panasonic hay dự án pin ở châu Mỹ – Trung Quốc sẽ trở thành ‘cầu kiểm’ khi chuyển giao công nghệ. Họ sẽ buộc phải nộp đơn xin phép tại Bắc Kinh, và chờ được cấp giấy trong bối cảnh căng thẳng địa chính trị gia tăng.

Trong dài hạn, chính sách này có thể thúc đẩy làn sóng chuyển dịch đầu tư pin sang những nơi như Ấn Độ, Đông Nam Á hoặc châu Mỹ La-tinh – nơi chi phí đất đai, lao động thấp hơn và chính sách thu hút đầu tư EV đang được cải thiện. Tuy nhiên, việc xây dựng cơ sở hạ tầng, nguồn nguyên liệu và trình độ kỹ thuật sẽ mất thời gian, tạo cửa ngõ cho Trung Quốc củng cố lợi thế ngắn hạn.

Các nhà nghiên cứu đã đạt được một bước đột phá quan trọng trong lĩnh vực pin lithium-ion với sự ra mắt của chất điện phân mới, F-QSCE@30. Sự phát triển này là kết quả của sự hợp tác giữa Đại học Công nghệ Lulea và Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, và vừa được công bố trên tạp chí Nano-Micro Letters. Chất điện phân này không chỉ tăng cường độ dẫn ion đáng kể mà còn giúp pin duy trì gần 100% dung lượng sau 350 chu kỳ sạc, ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cao.

F-QSCE@30 là một chất điện phân tổng hợp bán rắn ghép flo, được thiết kế để vượt qua những hạn chế của các chất điện phân hữu cơ lỏng truyền thống. Những chất điện phân truyền thống thường dễ bị rò rỉ, dễ cháy và kém ổn định bề mặt. Qua việc khai thác hiệu ứng cảm ứng tích hợp của các chuỗi, F-QSCE@30 đồng thời tăng cường độ dẫn ion và tạo ra một lớp bảo vệ LiF tự nhiên. Vật liệu này được chế tạo dưới dạng màng gia cố sợi thủy tinh được xử lý bằng tia UV, mang lại độ dẫn điện tương tự chất lỏng nhưng lại không bắt lửa và bền chắc về mặt cơ học.

Điều này không chỉ giúp loại bỏ các nguy cơ an toàn mà còn cho phép quy trình sản xuất cuộn hiệu quả. F-QSCE@30 thể hiện hiệu suất ấn tượng với độ bền vượt trội; dung lượng gần như nguyên vẹn – một bước đột phá lớn trong việc giải quyết vấn đề phát triển sợi nhánh và suy giảm dung lượng, những thách thức lớn đối với pin lithium-ion hiện nay; tăng tốc vận chuyển ion – thể hiện hiệu suất chất điện phân và pin được cải thiện đáng kể.

Khả năng sản xuất quy mô lớn của vật liệu này cũng là một điểm đáng chú ý. Quy trình xử lý UV một bước của hexafluorobutyl methacrylate và các monome ion lỏng bên trong khung sợi thủy tinh tạo ra màng dày 90µm không nứt, hoàn toàn tương thích với các dây chuyền phủ hiện có. F-QSCE@30 đã đáp ứng các mục tiêu của Hiệp hội Pin Tiên tiến Hoa Kỳ (USABC) năm 2030 về khả năng duy trì dung lượng và tốc độ, mở ra một hướng đi khả thi cho việc chế tạo các cell pin dạng túi với mật độ năng lượng trên 400 Wh/kg.

Các nhà nghiên cứu cho biết sẽ tiếp tục mở rộng khái niệm hiệu ứng cảm ứng này sang hóa học kim loại natri và kẽm, đồng thời tối ưu hóa độ bền cơ học cho các bộ pin thể rắn định dạng lớn. Điều này hứa hẹn một tương lai an toàn hơn và giàu năng lượng hơn cho xe điện và các hệ thống lưu trữ lưới điện.

MG Motor, một thương hiệu ô tô thuộc sở hữu nhà nước của Trung Quốc, đang chuẩn bị ra mắt công nghệ pin xe điện tiên tiến dành cho khách hàng đang tìm kiếm xe giá rẻ. Mới đây, trong một sự kiện truyền thông, hãng đã tiết lộ rằng mẫu xe điện MG4 sắp ra mắt sẽ là mẫu xe điện giá rẻ đầu tiên trên thế giới được trang bị pin bán rắn. Công nghệ này trước đây chỉ được tìm thấy trên các xe cao cấp hoặc trong các bản kế hoạch.

MG4 dự kiến sẽ ra mắt vào ngày 5/8 năm nay. Pin của xe được cung cấp bởi QingTao Energy, sử dụng chỉ 5% chất điện phân lỏng, giúp cải thiện độ an toàn và ổn định. Theo MG, mẫu xe này đã vượt qua các bài kiểm tra an toàn nghiêm ngặt, bao gồm cả bài kiểm tra đâm thủng 360 độ.

Một trong những lợi thế của pin bán rắn là khả năng hoạt động tốt trong điều kiện lạnh. Ở nhiệt độ -7 độ C, pin vẫn duy trì phạm vi hoạt động nhiều hơn 13,8% so với pin lithium-sắt-phốt phát (LFP) truyền thống. Điều này đặc biệt hữu ích cho người lái xe ở vùng khí hậu lạnh hơn, nơi hiệu suất và phạm vi hoạt động của pin thường giảm.

Công nghệ pin tiên tiến của MG4 kết hợp những ưu điểm của pin thể rắn và pin lỏng truyền thống bằng cách tích hợp chất điện phân bán rắn. Thiết kế này cải thiện đáng kể độ an toàn, mật độ năng lượng và độ bền.

So với pin lithium-ion thông thường, pin bán rắn giảm thiểu nguy cơ quá nhiệt và cháy nổ, đồng thời cung cấp phạm vi hoạt động dài hơn và thời gian sạc nhanh hơn. Pin trên MG4 ước tính có thể cung cấp phạm vi hoạt động lên đến 580 km và có mật độ năng lượng 180 Wh/kg, nâng cao hiệu suất cho người lái xe hàng ngày.

MG4 sẽ được trang bị bộ pin 70 kWh, cung cấp năng lượng cho động cơ điện 120 kW lắp phía sau, mang đến hệ dẫn động cầu sau với một động cơ duy nhất. Cấu hình này có thể mang lại khả năng vận hành năng động và hiệu suất tốt hơn so với một số đối thủ cạnh tranh.

MG4 cũng sẽ cạnh tranh quyết liệt với BYD Dolphin về mặt giá cả. Hơn nữa, MG4 mới cũng sẽ giới thiệu hệ thống buồng lái MG×Oppo, được phát triển thông qua sự hợp tác với Oppo. Việc sản xuất mẫu xe MG4 mới đã chính thức bắt đầu tại nhà máy sản xuất hiện đại của công ty mẹ SAIC Motor tại Nam Kinh, Trung Quốc.