Đặc tính và ưu điểm chính của pin thể rắn so với pin lithium-ion thông thường là chúng có mật độ năng lượng cao hơn đáng kể.
Pin thể rắn sẽ mang lại sự cải thiện về độ an toàn, công suất đầu ra, mật độ năng lượng và hiệu quả chi phí so với pin lithium-ion truyền thống. Chúng sẽ là nhân tố chính trong việc mở rộng thị trường ô tô điện và gia tăng mức độ phổ biến của ô tô điện. Với những tiến bộ ổn định mà công nghệ pin thể rắn đang tạo ra, dự kiến loại pin này sẽ có mặt trên thị trường trước năm 2030. Các công ty chuyên môn như Solid Power và QuantumScape đã hợp tác với các công ty như BMW, Ford và Volkswagen để nhanh chóng đưa công nghệ này ra mắt.
Lợi ích chính của pin thể rắn so với pin lithium-ion thông thường là chúng có mật độ năng lượng cao hơn đáng kể. Điều này sẽ cho phép xe di chuyển xa hơn trong một lần sạc và có phạm vi hoạt động lớn hơn – lên tới 600 dặm trong một số trường hợp. Ngoài ra, chúng có thể trở nên rẻ hơn khi sản xuất so với các công nghệ pin hiện tại. Một trong những thách thức lớn nhất của công nghệ SSB là tính an toàn. Mặc dù chúng ít có khả năng bắt lửa hơn nhưng các vật liệu cần thiết phải được lựa chọn và sản xuất phù hợp để chúng có độ tin cậy cao. Khả năng mở rộng là một nhược điểm khác. Toyota hiện đang đi đầu về công nghệ với hơn 1.300 bằng sáng chế hàng đầu. Họ đang tìm cách sử dụng công nghệ này trên ô tô hybrid trước khi chuyển sang sử dụng hoàn toàn bằng điện.
1. Tăng mật độ năng lượng
Công nghệ pin thể rắn đi kèm với mật độ năng lượng được cải thiện. Pin thể rắn có cấu trúc bên trong rất khác với pin lithium-ion. Không giống như pin lithium-ion hoặc lithium polymer có chất điện phân dạng lỏng hoặc gel polymer dễ cháy giữa cực dương và cực âm, pin thể rắn có điện cực rắn và chất điện phân giúp cải thiện độ ổn định của pin và tăng độ an toàn. Mật độ cao hơn giúp pin thể rắn có khả năng chứa dung lượng gấp ba lần pin lithium-ion. Điều này sẽ mang lại kích thước pin nhỏ hơn với khả năng hoạt động ở phạm vi xa hơn. Với điều này, công nghệ SSB sẽ tác động đến các lĩnh vực khác của ngành như xe máy điện. Pin thể rắn có khả năng cung cấp nhiều năng lượng hơn trên mỗi kg vật liệu được sử dụng so với pin Lithium-ion, do đó kỳ vọng về khả năng hoạt động ở phạm vi cao hơn so với pin lithium-ion.
2. Khối lượng giảm
Pin thể rắn giúp giảm trọng lượng đáng kể so với pin lithium-ion. Như vậy khi xét về tổng thể, xe điện có thể có pin và trọng lượng nhẹ hơn nhiều, sẽ có tác động lớn đến hiệu quả sử dụng năng lượng và hiệu quả chi phí. Mang đến những chiếc xe nhẹ hơn về tổng thể và đây là điều cần thiết cho những chiếc xe như Porsche 911 chạy hoàn toàn bằng điện. Điều này sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của xe, công suất động cơ, khả năng xử lý truyền động cũng như hiệu suất của ắc quy. Với việc xe điện ưu tiên khí động học để tạo ra phương tiện tiết kiệm năng lượng nhất, đây là một lợi ích rất lớn. Một chiếc xe như Tesla Model S có thể nặng tới 2.089 kg và 625 kg trong số đó là do pin. Do công nghệ lithium-ion, một số lượng tế bào lớn cần được đóng gói vào một bộ pin duy nhất để cung cấp phạm vi hoạt động lớn. Ví dụ: Tesla Model S Plaid có 1.584 cell trong bộ pin!
3. Phạm vi pin dài hơn
Một phần của sự phấn khích gắn liền với công nghệ pin thể rắn là khả năng cải thiện đáng kể phạm vi hoạt động của xe. Tiềm năng của phạm vi hoạt động xa hơn là do pin thể rắn có mật độ năng lượng cao hơn pin lithium-ion tiêu chuẩn công nghiệp hiện tại. Sự hiện diện của các điện cực rắn khiến chúng có thể chứa nhiều năng lượng hơn pin lithium-ion. Các nhà khoa học đã suy đoán rằng pin thể rắn sẽ có thể chứa được dung lượng gấp hai đến ba lần so với pin lithium-ion thông thường. Điều này có nghĩa là pin thể rắn sẽ có thể di chuyển quãng đường lên tới 500 và 600 dặm theo tiêu chuẩn. Đây chắc chắn sẽ là một bước đột phá lớn đối với xe điện nói chung vì cuối cùng sẽ có sự tương đồng chặt chẽ hơn giữa phạm vi hoạt động của xe động cơ đốt trong và xe điện, loại bỏ sự lo lắng về phạm vi hoạt động trong quá trình này.
4. Tăng cường an toàn và ổn định
Pin lithium-ion dễ bị nóng lên, bắt lửa và phát nổ trong một số điều kiện nhất định. Pin thể rắn ổn định hơn lithium-ion do các thành phần không bắt lửa được tạo thành từ đó đảm bảo pin hoạt động ở nhiệt độ cao hơn nhiều và giảm nguy cơ cháy. Ngoài ra, công nghệ pin thể rắn sẽ giúp xe điện an toàn hơn về khả năng chống va đập và hấp thụ sốc vì pin thể rắn chứa ít thành phần, nhỏ gọn hơn pin lithium-ion, khiến chúng ít bị hư hỏng hơn trong trường hợp xảy ra tai nạn. Công nghệ thể rắn cũng hoạt động ở nhiệt độ cao hơn và có khả năng chịu áp suất cao hơn nên có thể được thiết kế để bền hơn thiết kế pin lithium-ion. Điều này đảm bảo ít có khả năng bị hư hỏng do rung hoặc va đập khi nó chịu tác dụng của lực mạnh.
5. Chi phí sản xuất và vật liệu rẻ hơn
Pin thể rắn không yêu cầu quy trình sản xuất tiêu tốn nhiều năng lượng như pin lithium-ion. Ví dụ, sự vắng mặt của chất điện phân lỏng sẽ loại bỏ nhu cầu cần thêm năng lượng để bay hơi và sau đó ngưng tụ trở lại dạng lỏng. Chi phí cao liên quan đến công nghệ thể rắn có thể liên quan đến một số nhược điểm của nó như đuôi gai (Dendrite) tích tụ trong pin trong quá trình sạc, ảnh hưởng đến hiệu suất của pin. Việc loại bỏ những nhược điểm này là một phần nguyên nhân đã trì hoãn công nghệ này quá lâu, bao gồm cả tính chất đắt tiền của những công nghệ hiện đang được sử dụng như trong RFID và máy điều hòa nhịp tim. Các nhà sản xuất ô tô tin rằng khi công nghệ đã sẵn sàng, nguyên liệu cần thiết cho sản xuất sẽ đủ rẻ để tác động đến chi phí chung của xe điện. Do đó, pin thể rắn có thể được sản xuất hàng loạt với chi phí thấp hơn nhiều để tạo ra những chiếc xe điện rẻ hơn trong tương lai.
6. Cải thiện tốc độ sạc
Pin thể rắn sẽ nâng khả năng sạc lên một tầm cao mới. Chúng có khả năng sạc nhanh hơn và kết quả là xe điện sẽ được sạc lại trong vòng chưa đầy 10 phút, giống như dừng lại ở một cây bơm xăng. Tốc độ sạc được cải thiện này sẽ mang lại sự thuận tiện hơn trong những chuyến đi dài hơn. Với phạm vi hoạt động xa và khả năng sạc nhanh, xe điện sẽ di chuyển quãng đường dài như ICE. SSB cũng có tỷ lệ duy trì điện tích cao hơn, có nghĩa là ngay cả sau một thời gian dài không sử dụng, xe điện vẫn sẽ duy trì phần lớn điện tích trong thời gian dài hơn nhiều.
7. Ổn định nhiệt độ và quản lý nhiệt với pin thể rắn EV
Quản lý nhiệt và ổn định nhiệt độ là những lĩnh vực được quan tâm chính đối với công nghệ pin EV hiện tại. Pin thể rắn có khả năng giải quyết những vấn đề này nhờ những đặc tính độc đáo của chúng. SSB ổn định hơn và có thể chịu được nhiệt độ khắc nghiệt không giống như pin lithium-ion thông thường vì không có chất điện phân lỏng có nghĩa là chúng có nhiệt độ thoát nhiệt thấp hơn nhiều. Đây là lý do tại sao chúng lý tưởng để sử dụng trên xe điện, loại xe thường tiếp xúc với nhiệt độ nóng ở bên ngoài và nhiệt độ cực lạnh ở bên trong. SSB cũng có độ dẫn nhiệt cao hơn pin lithium-ion thông thường, nghĩa là chúng có thể tản nhiệt nhanh hơn thông qua cấu trúc rắn. Hệ thống quản lý nhiệt này có thể giảm đáng kể các rủi ro liên quan đến quá nhiệt, giúp pin hoạt động hiệu quả, tăng tuổi thọ của pin.
8. Giảm thiểu tác động môi trường
Pin thể rắn thân thiện với môi trường hơn nhiều so với pin lithium-ion. Quá trình sản xuất pin giúp giảm nhu cầu sử dụng kim loại đất hiếm như coban. Những loại pin thể rắn này không cần coban hoặc niken vì những tiến bộ gần đây đã giới thiệu chất điện phân polyme nanocompozit và cathode florua sắt có khả năng cung cấp năng lượng nhiều hơn gấp đôi cho mỗi kg pin lithium-ion truyền thống với chi phí thấp hơn nhiều. Sự vắng mặt của coban và niken sẽ loại bỏ sự phụ thuộc vào việc khai thác và tìm nguồn cung ứng ở vùng biển sâu từ các khu vực bị chiến tranh tàn phá, nơi sử dụng lao động trẻ em. Điều này đi một chặng đường dài trong việc giảm ô nhiễm các vùng nước cũng như việc sử dụng chúng với số lượng lớn như ở Nam Mỹ, nơi 2,2 triệu lít nước có thể được sử dụng để sản xuất một tấn lithium.
9. Độ bền cao hơn và tuổi thọ dài hơn
Bản chất nhỏ gọn của vật liệu cần thiết để sản xuất pin thể rắn đồng nghĩa với việc ít có khả năng chuyển động của vật liệu bên trong tế bào. Ngoài ra, sự hiện diện của điện cực rắn đồng nghĩa với việc ít có khả năng bị phân hủy trong tế bào hơn. Điều này có nghĩa là pin thể rắn sẽ có lợi thế về vòng đời ấn tượng so với pin lithium-ion thông thường. Chúng sẽ có độ bền cao hơn, mang lại tuổi thọ dài hơn. Đối với chủ sở hữu xe điện, điều đó giúp giảm chi phí bảo trì pin. Vì pin thể rắn sẽ có tuổi thọ dài hơn pin lithium-ion nên chúng cũng sẽ có nhiều thời gian hơn trước khi cần phải thải bỏ. Điều này cũng sẽ dẫn đến giảm gánh nặng cho các dịch vụ tái chế và xử lý đồng thời giảm việc thải khí độc hại từ pin đã qua sử dụng còn sót lại tích tụ tại các bãi chôn lấp.
10. Tính linh hoạt hơn cho xe cộ
Nếu bạn từng nghĩ rằng tiềm năng của xe điện thông thường đã bị đẩy đến giới hạn thì với pin thể rắn, mang đến một tiềm năng lớn hơn nhiều. Cấu trúc của công nghệ pin thể rắn cho phép sử dụng trên tất cả các loại phương tiện, từ xe máy hai bánh truyền thống đến ô tô và thậm chí cả xe tải. Với công nghệ hiện tại, xe điện có khả năng tăng công suất nhanh chóng nhờ mô-men xoắn tức thời và đạt thời gian tăng tốc điên cuồng 0-60 mph nhưng tốc độ bắt đầu giảm dần khi xe chạy dần và đó là lúc ICE có xu hướng đuổi kịp và vượt. Điều này là do lithium-ion và các vấn đề của nó với nhiệt độ cao. Điều đó không xảy ra với pin thể rắn, loại pin sẽ mang lại cho xe tốc độ ổn định khi hoạt động.
