Pin thể rắn là gì? Liệu chúng có giải quyết được vấn đề thời lượng pin?

Công nghệ di động đang phát triển với tốc độ nhanh nhưng công nghệ pin thì vẫn chưa thể theo kịp. Chúng ta đã bước tới mức giới hạn mà những gì pin lithium-ion hay lithium-polymer làm được. Giải pháp cho vấn đề này có thể là pin thể rắn.

Pin thể rắn là gì?

Trong thiết kế pin thông thường - hầu hết các pin lithium-ion - sẽ có 2 điện cực rắn và chất điện giải là chất lỏng. Các phân tử ion chuyển từ điện cực này (ca-tốt) sang điện cực khác (a-nốt) khi pin được sạc và ngược lại khi pin được sử dụng. Chất điện giải giúp trung chuyển. Nếu thấy pin bị ăn mòn hay thủng, bạn sẽ thấy chất “acid pin” chảy ra đó chính là chất điện giải.

Với pin thể rắn, các điện cực và chất điện giải đều ở thể rắn như kim loại, hợp kim hay các vật liệu tổng hợp khác. Từ “thể rắn” có thể khiến bạn nghĩ tới ổ SSD nhưng không phải vậy. Ổ SSD dùng bộ nhớ flash không thể di chuyển, trái với ổ cứng thông thường lưu dữ liệu trên đĩa từ quay bằng một mô-tô nhỏ.

Ý tưởng về pin thể rắn đã xuất hiện nhiều năm nhưng việc phát triển nó mới chỉ ở bước đầu, hiện vẫn được các công ty điện tử, các hãng sản xuất xe hay những bên có hứng thú đầu tư.

Pin thể rắn có ích lợi gì?

Pin thể rắn hứa hẹn nhiều lợi ích so với người tiền nhiệm sử dụng chất lỏng: đó là thời lượng pin lâu hơn, sạc nhanh hơn và an toàn hơn.

Pin thể rắn nén ca-tốt, a-nốt và chất điện giải thành 3 lớp thay vì để các điện cực trong chất điện giải lỏng. Điều đó nghĩa là bạn có thể làm pin nhỏ hơn, hay ít nhất là mỏng hơn trong khi vẫn có cùng một mức năng lượng như pin dùng chất lỏng. Cùng một thiết bị dùng pin thể rắn sẽ mỏng hơn, nhỏ hơn và pin dùng được lâu hơn với cùng một kích thước.

Pin thể rắn cũng an toàn hơn vì không có chất lỏng độc hại và dễ bay hơi, cũng không tạo nhiều nhiệt như pin thường. Nếu thay nó trên các thiết bị điện tử, thậm chí cả ô tô điện, thời gian sạc sẽ nhanh hơn vì ion di chuyển giữa các điện cực nhanh hơn.

Theo một nghiên cứu mới nhất, pin thể rắn có thể hơn pin thông thường tới 500% về sức chứa và sạc chỉ bằng 1/10 thời gian.

Pin thể rắn có bất lợi gì?

Pin thể rắn vẫn chỉ là công nghệ mới nổi nên việc sản xuất sẽ rất đắt, nên hiện tại các thiết bị điện cho người dùng thông thường vẫn chưa thể dùng loại pin này. Năm 2012, bài phân tích từ phòng Phân tích Phần mềm và Xử lý Chất liệu Tiên tiến của đại học Florida ước tính một cục pin thể rắn cỡ bằng chiếc điện thoại di động sẽ tốn $15.000 để sản xuất, pin đủ lớn để chạy xe điện sẽ tốn $100.000.

Hiện tại, sản xuất pin thể rắn dùng cho điện thoại sẽ tốn hàng ngàn đô

Một phần nguyên nhân cũng là do chưa có lợi thế kinh tế về quy mô. Hiện tại có tới hàng trăm triệu pin thường được sản xuất mỗi năm nên chi phí sản xuất chúng cũng được chia đều. Chỉ có một số ít công ty và trường đại học nghiên cứu pin thể rắn nên chi phí cho mỗi chiếc sẽ rất lớn.

Một vấn đề khác nằm ở vật liệu. Kim loại, hợp kim dùng cho pin thông thường thì ai cũng biết, nhưng chúng ta vẫn chưa biết nên dùng chất liệu nào cho chất điện giải giữa các điện cực. Các nghiên cứu vẫn đang cố gắng giới hạn các lựa chọn nhưng cần phải có đủ dữ liệu mới có thể tiến hành tổng hợp, đầu tư sản xuất.

Khi nào thì được dùng pin thể rắn?

Công nghệ vẫn phát triển và câu trả lời cho câu hỏi này vẫn chỉ là lời ước đoán. Nhưng cũng đáng mừng là nhiều công ty lớn đang đầu tư vào nghiên cứu công nghệ này để đưa pin thể rắn tới thị trường. Một công ty sản xuất ô tô nói rằng họ sẽ dùng pin này vào năm 2023 nhưng cũng chưa biết chi phí sẽ ra sao.

Xem thêm:

• Điện thoại càng mới pin càng yếu
• Đã phát triển thành công pin có thể uốn cong như xương sống người mở ra tương lai mới cho các thiết bị công nghệ
• Thời của pin tháo rời trên điện thoại đã hết