Pin thể rắn có thể giúp xe điện giải quyết vấn đề trọng lượng?

Thách thức tiếp theo đối với xe điện là mở rộng phạm vi hoạt động của chúng để chúng có thể đi được quãng đường xa nhất trong một lần sạc như xe chạy xăng có thể đi trên một bình xăng. Mặc dù những ưu điểm của pin EV hiện tại đã giúp mở rộng đáng kể quyền sở hữu ô tô thân thiện với khí hậu, nhưng việc loại bỏ dấu vết cuối cùng của sự lo lắng về phạm vi hoạt động sẽ cần một loại pin ô tô mới mạnh hơn và nhẹ hơn nhiều so với pin EV hiện tại.

Trọng lượng pin

Pin lithium-ion, loại phổ biến nhất trong xe điện hiện nay, nặng hơn nhiều so với bình xăng tương đương. Một bình xăng có thể lưu trữ năng lượng có thể sử dụng trên mỗi kg nhiều hơn khoảng 17 lần so với pin ô tô lithium-ion thế hệ hiện tại.

Thách thức này hạn chế khả năng cung cấp phạm vi hoạt động xa của pin Li-ion do hiệu suất giảm dần: pin càng nặng, xe càng nặng và khung cần thiết để hỗ trợ pin càng nặng, vì vậy cần nhiều pin hơn để cung cấp năng lượng cho loại pin nặng hơn này. Việc sử dụng pin lithium-ion để đẩy phạm vi EV vượt quá giới hạn hiện tại của chúng sẽ tạo ra một chu kỳ phản tác dụng khi phần lớn pin tồn tại chỉ để mang theo pin, làm giảm hiệu quả của EV.

Điều quan trọng nữa là giữ cho các phương tiện càng nhẹ càng tốt trong khi mở rộng phạm vi hoạt động của chúng để tránh tăng nguy cơ hư hỏng do trọng lượng xe tăng thêm gây ra cho các phương tiện khác, người đi xe đạp, người đi bộ và cơ sở hạ tầng đường cao tốc cũ kỹ.

Chìa khóa để phát triển EV tầm xa mạnh mẽ và hiệu quả hơn là loại pin có thể chứa nhiều năng lượng hơn đáng kể trong một gói nhỏ hơn, nhẹ hơn so với lithium-ion, cung cấp năng lượng cho ô tô trong phạm vi rộng lớn mà không gây gánh nặng cho chúng.

Giải pháp tầm xa

Những cải tiến về pin, cụ thể là pin thể rắn (SSB), có thể là chìa khóa giúp xe điện giải quyết vấn đề trọng lượng.

Các SSB thế hệ tiếp theo sử dụng các cực dương lithium tiên tiến, hiệu quả hơn, cho phép pin tích trữ nhiều năng lượng hơn vào các khung nhỏ hơn, nhẹ hơn. Di chuyển cực dương sang lithium, kim loại nhẹ nhất trên Trái đất với tiềm năng điện hóa vượt trội, làm tăng mật độ năng lượng của pin EV. Hơn nữa, do trọng lượng thấp hơn và khối lượng nhỏ gọn hơn, chúng có diện tích nhỏ hơn so với các loại pin nặng hơn và cồng kềnh hơn trên thị trường hiện nay.

Ví dụ, trong khi hầu hết pin Li-ion truyền thống có mật độ năng lượng 200-325 Wh/kg, các công ty đang phát triển pin thể rắn đã báo cáo rằng chúng có thể mang mật độ năng lượng cao hơn tới 30-50% so với pin lithium-ion. Điều này có nghĩa là các tế bào cho pin 90 kWh sẽ nặng trung bình 363kg với hóa chất li-ion truyền thống nhưng nặng 262kg đối với hóa chất ở trạng thái rắn.

Pin thể rắn

Năng lượng bổ sung được lưu trữ trong loại pin nhẹ này cung cấp năng lượng cho xe lâu hơn so với pin Li-ion truyền thống có kích thước tương tự hiện đang được sử dụng trong xe điện mà không làm giảm trọng lượng của chúng. Ví dụ: một chiếc SUV thế hệ hiện tại có phạm vi hoạt động gần 500km có thể sử dụng 25% pin chỉ để di chuyển pin do trọng lượng của nó. Với pin nhẹ hơn, chẳng hạn như SSB, tỷ lệ phần trăm đó giảm đáng kể.

Các nhà sản xuất ô tô có thể sử dụng những khoản tiết kiệm trọng lượng đáng kể đó để giảm dấu chân của pin nhằm đạt được phạm vi hoạt động tương tự trên một chiếc xe nhẹ hơn hoặc để cung cấp phạm vi hoạt động nhiều hơn với cùng trọng lượng.

SSB thậm chí còn an toàn hơn pin Li-ion và chúng có khả năng sạc nhanh mà không làm giảm pin nhanh chóng và ít lo lắng hơn về đường băng nhiệt. SSB có thể giúp giảm áp lực chuỗi cung ứng bằng cách giảm lượng khoáng chất quan trọng cần thiết cho pin, chẳng hạn như than chì và coban.

Tương lai của xe điện: Tươi sáng, nhẹ nhàng và mạnh mẽ

Thật ngạc nhiên là ngành công nghiệp xe điện đã tiến xa như thế nào trong một thời gian ngắn. Phạm vi EV đã tăng hơn gấp đôi kể từ năm 2010. Tuy nhiên, trọng lượng của EV thế hệ hiện tại đặt ra các vấn đề cho chủ sở hữu EV và các nhà hoạch định chính sách, bao gồm sự kém hiệu quả của tài nguyên, rủi ro an toàn và sự xuống cấp của cơ sở hạ tầng.

Ngay cả với vật liệu có trọng lượng nhẹ hơn và một số tiết kiệm trong động cơ/bánh răng, EV thế hệ hiện tại vẫn nặng hơn đáng kể so với các phương tiện chạy bằng khí đốt có kích thước tương tự và thường là phạm vi hoạt động dài hơn.

Pin có trọng lượng nhẹ hơn có thể đưa xe điện đến gần hơn với các tiêu chuẩn về an toàn, hiệu quả và phạm vi hoạt động mà người tiêu dùng mong đợi từ xe chạy xăng. Khi ngành công nghiệp tiếp cận giới hạn của pin Li-ion, các SSB hạng nhẹ có thể cung cấp một con đường để giúp việc sở hữu và lái xe điện trở nên dễ tiếp cận và tiết kiệm nhiên liệu như các phương tiện chạy xăng ngày nay.