"Tuần báo ô tô" của Đức đưa tin rằng Volkswagen đã công bố kế hoạch phát triển xe điện quy mô lớn "RoadmapE". Đến năm 2030, tất cả các mẫu xe của Volkswagen sẽ có phiên bản chạy điện, đầu tư 50 tỷ euro vào pin xe điện và 20 tỷ euro vào xe điện.

Việc các OEM đầu tư vào pin không phải là điều mới mẻ và Giám đốc điều hành Murren của Volkswagen cũng cho biết họ đã lên kế hoạch cho thế hệ pin xe điện tiếp theo, pin thể rắn với phạm vi hoạt động hơn 1.000 km, sẽ được sản xuất hàng loạt vào năm tới. 2025.

Toyota đã đạt được tiến bộ mới về bằng sáng chế pin thể rắn, đồng thời thông báo rằng họ sẽ ra mắt một loại xe điện mới sử dụng pin thể rắn hoàn toàn vào năm 2022. CATL, một công ty pin điện hàng đầu ở nước tôi, cũng đã nêu gương. Nó đã thực hiện công việc nghiên cứu và phát triển liên quan theo hướng pin trạng thái rắn dựa trên polyme và sunfua và đã đạt được tiến bộ sơ bộ, đồng thời đề xuất lộ trình quy trình sơ bộ để sản xuất quy mô lớn.

Pin thể rắn có những ưu điểm cốt lõi là tính đến cả độ an toàn và mật độ năng lượng cao. Mật độ năng lượng của pin điện phân lỏng có thể lên tới 300 watt-giờ trên mỗi kg, có thể đáp ứng các mục tiêu mà nhà nước đưa ra trong "Kế hoạch hành động thúc đẩy phát triển ngành công nghiệp pin điện", nhưng nó được coi là không thể vượt quá 500 watt-giờ mỗi kg. Sự an toàn của pin thể rắn thể hiện ở chỗ chúng có thể ức chế đuôi gai lithium, không dễ cháy, không dễ nổ, không rò rỉ chất điện phân, không gây phản ứng phụ ở nhiệt độ cao.

Trong chất điện phân lỏng, các vấn đề về phản ứng phụ hóa học tự phát, sự phát triển dendrite lithium, màng liên kết không ổn định và thay đổi thể tích lớn mà cực dương lithium kim loại gặp phải vẫn khó giải quyết đồng thời. Nhiều nhóm nghiên cứu đã đề xuất sử dụng chất điện phân rắn để thay thế toàn bộ hoặc một phần chất điện phân lỏng nhằm giải quyết những thách thức kỹ thuật chính mà pin sử dụng hoặc chứa cực dương kim loại lithium gặp phải.

NEDO của Nhật Bản đã xây dựng kế hoạch nghiên cứu và phát triển ngay từ năm 2008 và lên kế hoạch sản xuất hàng loạt pin thể rắn vào năm 2030, bao gồm lithium kim loại thể rắn, lithium-lưu huỳnh thể rắn và pin lithium-không khí thể rắn. Pin thể rắn được chia thành ba loại theo hình thái chất điện phân, một loại là polyme tinh khiết, chẳng hạn như polyetylen oxit; một là oxit hoặc sunfua của chất điện phân rắn vô cơ; thứ ba là sự kết hợp của polyme và chất vô cơ. Vấn đề khó khăn nhất đối với ba chất điện phân rắn này là trong pin lithium-ion hoặc pin lithium kim loại trong tương lai, sau nhiều lần mở rộng thể tích và co lại của điện cực dương, tiếp xúc với pha chất điện phân rắn sẽ dần xấu đi. Đối với pin thể rắn, đó là cách duy trì trở kháng điện tử và ion thấp trong quá trình đạp xe. Nếu không còn cách nào tốt hơn, cũng có thể thêm một lượng nhỏ chất lỏng vào ba loại chất điện phân này để giải quyết vấn đề suy giảm tiếp xúc điện trong quá trình đạp xe. Loại chất điện phân này có thể được gọi là chất điện phân rắn-lỏng hỗn hợp, có nghĩa là tế bào cũng chứa chất điện phân rắn. và chất điện phân lỏng.

Về vật liệu điện phân rắn, nhiều loại đã được phát triển trên phạm vi quốc tế, chủ yếu bao gồm oxit, sunfua, hydrua, halogen, màng photphat và polyme. Có ba vật liệu điện phân chính:

Đầu tiên là chất điện phân rắn oxit, sử dụng chất điện phân gốm vô cơ để thay thế chất điện phân lỏng, chủ yếu để giải quyết vấn đề làm đầy và tiếp xúc ở mặt tích cực, có thể yêu cầu công nghệ phủ bề mặt rất phức tạp.

Đối với chất điện phân sunfua, độ dẫn ion rất cao, đồng thời giải quyết vấn đề tăng điện trở ở phía điện cực dương, đồng thời giải quyết vấn đề kém ổn định hóa học và tạo ra hydro sunfua trong quá trình điều chế, bảo quản , và dịch vụ.

Đối với chất điện phân màng mỏng, mặc dù độ dẫn ion rất thấp, nhưng có thể điều chế và sử dụng các thiết bị bằng cách giảm điện trở của tấm bằng cách làm mỏng chúng. Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều thách thức để tạo ra pin dung lượng lớn với diện tích ngăn lớn.

Hiện tại, pin thể rắn dung lượng lớn đã được thương mại hóa chủ yếu là pin thể rắn polymer, là chất điện phân thể rắn dựa trên polyetylen oxit. Chất điện phân polymer và điện cực dương lithium iron phosphate dày 30 micron có thể quay vòng hơn 1.000 lần ở 1/3C. Nhiệt độ làm việc là từ 60 đến 85 độ. Bộ pin cần có chức năng sưởi ấm và giữ nhiệt.