Pin thể rắn là gì?

Ngay từ tháng 5 năm nay, nhiều phương tiện truyền thông đã thổi phồng dự án pin thể rắn trị giá 6 tỷ USD.

Sau đó, một số công ty pin thể rắn đã thông báo rằng họ sẽ công nghiệp hóa pin thể rắn vào năm 2027. Nhiều cuộc họp báo đã diễn ra sau đó để công bố mật độ năng lượng và hiệu suất chu trình có thể cao đến mức nào. Người ta thường có thể nghe thấy mật độ năng lượng của một tế bào của một công ty nhất định là 700+Wh/kg.

Vậy chính xác thì pin thể rắn là gì? Hiện tại thị trường đã đạt đến mức nào? Sau khi trao đổi với nhiều bạn bè xung quanh, tôi nhận thấy khái niệm đầu tiên dễ nhầm lẫn với pin thể rắn là bán rắn và hoàn toàn rắn.

Có thể nói, hầu hết những loại pin được gọi là pin thể rắn hiện đang lưu hành trên thị trường đều là pin bán rắn, tức là hỗn hợp rắn-lỏng. Tuy nhiên, sau khi tháo rời nhiều loại pin thể rắn, người ta phát hiện ra rằng cái gọi là hỗn hợp rắn-lỏng thực sự rất khó nhìn thấy và gần giống với trạng thái của pin lỏng. Ngay cả thông qua một số đặc điểm chính xác, rất khó để tìm ra manh mối.

Có hai công ty đại diện của Trung Quốc: Qingtao và Weilan. Hệ thống chính của Qingtao là lithium iron phosphate (tất nhiên họ cũng có hệ thống ternary), và Weilan được đại diện bởi ternary (tất nhiên họ cũng có lithium sắt). Cái trước chủ yếu là công nghệ phủ gốm, cái sau được quảng cáo là công nghệ đóng rắn tại chỗ (trọng tâm là công khai). Người ta nói rằng Qingtao hiện đang lưu hành pin 380Wh/kg và Weilan hiện đang bán pin 350Wh/kg với công suất 110Ah.

Còn pin ở trạng thái rắn thì sao? Pin toàn thể rắn chủ yếu được chia thành oxit, polyme và sunfua (tất nhiên cũng có halogenua). Đánh giá về tình trạng phát triển hiện tại của các công ty hàng đầu nói chung, toàn bộ con đường công nghệ là sunfua. Cái gọi là pin thể rắn sunfua thực chất là hỗn hợp vật liệu điện cực dương và âm với chất điện phân và chất dẫn điện kết dính để tạo thành điện cực dương (tất nhiên có phương pháp khô và ướt), sau đó là chất điện phân và một lượng nhỏ chất kết dính được trộn lẫn để tạo thành màng (tất nhiên có phương pháp khô và ướt). Nếu là phương pháp ướt thì hệ sunfua rất nhạy cảm với hệ dung môi và tất nhiên cần phải có chất kết dính đặc biệt. Cuối cùng, các điện cực dương và âm và màng điện phân được xếp chồng lên nhau từng lớp để tạo thành một tế bào pin ở trạng thái rắn. Mỗi quy trình này đều có một khoảng trống cản trở quá trình công nghiệp hóa pin ở trạng thái rắn.

Điều thứ hai dễ nhầm lẫn là pin thể rắn=có độ an toàn cao và mật độ năng lượng cao

Đây là một hiểu lầm lớn của hầu hết mọi người, kể cả những người trong ngành. Họ cho rằng pin ở trạng thái rắn có mật độ năng lượng cao. Nhiều người ngoài ngành thường đặt hy vọng vào pin toàn thể rắn, thường nói rằng "sẽ không có chất lỏng khi pin toàn thể rắn xuất hiện". Trên thực tế, đây không phải là trường hợp. Để hiểu logic này, trước tiên chúng ta phải bắt đầu từ khái niệm mật độ năng lượng: mật độ năng lượng=năng lượng/trọng lượng và năng lượng được xác định bởi chính vật liệu đó, do đó mật độ năng lượng của pin được xác định bởi hệ thống vật liệu của pin.

Pin sắt-lithium hiện có công suất 180Wh/kg. Vì pin ternary được chia thành nhiều hệ thống nên mật độ năng lượng của chúng về cơ bản nằm trong khoảng 240-360 hoặc thậm chí 380Wh/kg (hơn 285Wh/kg yêu cầu vật liệu gốc silicon). Tất nhiên, hệ thống oxit lithium coban về cơ bản có mật độ năng lượng hơn 200. Hiện nay trên thị trường có nhiều tuyên truyền về mật độ năng lượng đã lên tới 450, 500, 600 thậm chí 700Wh/kg trở lên. Về cơ bản, vật liệu điện cực âm là kim loại lithium hoặc không có điện cực âm. Đây là trạng thái tổng thể của mật độ năng lượng. Vật liệu điện cực dương và âm của pin toàn thể rắn chưa được tách ra khỏi nguyên liệu thô dạng lỏng. Do đó, mật độ năng lượng của pin toàn thể rắn sẽ không cao hơn pin lỏng.

Giá trị cao mà mọi người nói đến thực ra dựa trên kỳ vọng rằng pin ở trạng thái rắn có thể sử dụng điện cực âm kim loại lithium để đạt được mật độ năng lượng cao của pin sau khi giải quyết được vấn đề an toàn, nhưng khó khăn này không kém gì việc giải quyết vấn đề vấn đề an toàn của pin kim loại lithium lỏng. Do đó, không thể nói rằng mật độ năng lượng của pin thể rắn thấp. Ngược lại, từ tình hình phát triển thực tế, mật độ năng lượng của pin toàn thể rắn sẽ thấp hơn. Thứ nhất đến từ việc ứng dụng vật liệu hệ thống năng lượng cao, thứ hai đến từ tỷ lệ vật liệu hoạt tính, thứ ba đến từ độ dày của màng điện phân, và thứ tư đến từ vấn đề mọi người không trả tiền được quan tâm nhiều hiện nay. Hoạt động của pin thể rắn cần có kẹp áp suất cao. Việc kẹp sẽ làm tăng trọng lượng của các thiết bị điện trong quá trình sử dụng thực tế, từ đó làm giảm lợi thế về mật độ năng lượng của cell pin ở một mức độ nhất định.

Nhìn chung, pin toàn thể rắn đã cải thiện đáng kể độ an toàn (đã có thử nghiệm thực tế), nhưng vì là pin thể rắn sunfua với vật liệu đóng gói dạng gói mềm nên bản thân sunfua là một vật liệu có rủi ro an toàn lớn. Thứ hai, việc cải thiện độ an toàn của pin thể rắn cũng còn hạn chế. Nó vốn không an toàn. Ở một mức độ nhất định, nó vẫn có thể gây ra hiện tượng thoát nhiệt của pin.

Trên đây là một số hiểu biết tương đối vĩ mô về pin thể rắn hiện nay, bao gồm cả thể rắn hoàn toàn và thể bán rắn. Tất nhiên, về lâu dài, trạng thái rắn vẫn lạc quan. Từ tình hình hiện tại, khó khăn trong việc giải quyết các vấn đề an toàn của pin lỏng năng lượng cao không nhất thiết thấp hơn khó khăn trong việc phát triển thế hệ pin thể rắn mới có độ an toàn cao. Tôi tin rằng với nỗ lực chung của các chuỗi công nghiệp thượng nguồn và hạ nguồn, chúng ta có thể vượt qua hiện trạng và hiện thực hóa cuộc cách mạng.

Lưu ý: Hầu hết các bài viết được in lại trên trang này đều được sưu tầm từ Internet. Bản quyền của bài viết thuộc về tác giả gốc và nguồn gốc. Các quan điểm trong bài viết chỉ mang tính chất chia sẻ và giao lưu. Nếu có vấn đề gì về bản quyền xin vui lòng cho tôi biết, tôi sẽ giải quyết kịp thời.