Những Khác Biệt Và Ưu Điểm Giữa Pin Rắn Và Pin Lithium Truyền Thống Là Gì?

Sự khác biệt công nghệ cơ bản

Pin lithium-ion truyền thống sử dụng điện giải lỏng, nhưng pin rắn thì khác. Chúng thay thế điện giải lỏng này bằng vật liệu gốm hoặc polymer rắn. Sự thay đổi về cấu trúc này loại bỏ các thành phần có thể bắt lửa. Đồng thời, nó cho phép thiết kế tế bào nhỏ gọn hơn. Ngoài ra, pin lithium truyền thống thường có anôt bằng graphite. Ngược lại, pin rắn thường sử dụng anôt bằng kim loại lithium. Điều này giúp pin rắn lưu trữ nhiều năng lượng hơn trong cùng một không gian.

Mật độ năng lượng và lợi thế hiệu suất

Vì pin rắn không có điện giải lỏng, chúng có thể xếp chồng vật liệu điện cực hiệu quả hơn nhiều. Kết quả là, mật độ năng lượng của chúng cao hơn từ 2 đến 3 lần so với pin lithium-ion. Điều này có nghĩa là gì? Đối với các thiết bị, điều đó có nghĩa là chúng có thể hoạt động trong thời gian dài hơn. Trong các ứng dụng như xe điện, nó có thể dẫn đến việc giảm đáng kể trọng lượng. Nghiên cứu gần đây đã cho thấy rằng các tế bào rắn nguyên mẫu có thể đạt được mật độ năng lượng lên tới 500 Wh/kg. So sánh với pin lithium-ion cao cấp thường có mật độ năng lượng khoảng 250 - 300 Wh/kg.

Tính năng an toàn được nâng cao

Pin rắn loại bỏ các dung môi hữu cơ có thể cháy. Vì lý do này, chúng có độ ổn định nhiệt tốt hơn nhiều, ngay cả trong điều kiện cực đoan. Các bài kiểm tra căng thẳng trong phòng thí nghiệm đã phát hiện rằng chúng có thể giữ nguyên cấu trúc đến 200°C. Ngược lại, pin lithium-ion có nguy cơ mất kiểm soát nhiệt khi nhiệt độ đạt 150°C. Tính năng an toàn tích hợp này khiến pin rắn rất phù hợp cho các ứng dụng mà việc ngăn ngừa sự cố là cực kỳ quan trọng, chẳng hạn như cấy ghép y tế và hệ thống hàng không vũ trụ.

Tốc độ sạc và tuổi thọ chu trình

Một số nguyên mẫu pin rắn tiên tiến có thể đạt đến 80% dung lượng sạc trong ít hơn 15 phút. Và chúng không gặp vấn đề mạ lithium như có thể làm hỏng các pin lithium truyền thống. Giao diện điện giải rắn (SEI) trong pin rắn rất ổn định. Nó có thể trải qua hơn 5.000 chu kỳ sạc mà vẫn giữ được hơn 90% dung lượng. Độ bền lâu dài này thực sự quan trọng đối với các hệ thống lưu trữ năng lượng cần phải sạc và xả sâu mỗi ngày và được kỳ vọng sẽ kéo dài hàng thập kỷ.

Lợi thế cụ thể theo ứng dụng

Xe điện có thể hưởng lợi rất nhiều từ pin rắn. Sử dụng cùng một lượng không gian cho các gói pin, chúng có thể tăng phạm vi hoạt động lên 30 - 50%. Ngoài ra, nguy cơ cháy nổ cũng được giảm thiểu. Thiết bị y tế di động có thể hoạt động lâu hơn giữa các lần sạc mà không làm compromize các tiêu chuẩn an toàn. Pin rắn có thể chịu đựng dải nhiệt độ rộng, từ -40°C đến 120°C. Điều này khiến chúng đáng tin cậy để sử dụng trong thiết bị công nghiệp phải chịu điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Các cân nhắc về tác động môi trường

Pin rắn có kiến trúc tế bào đơn giản hơn. Điều này có nghĩa là chúng không cần nhiều cobalt và các khoáng sản xung đột khác, vốn thường được sử dụng trong quá trình sản xuất pin lithium-ion. Sự ổn định của điện giải rắn làm cho quy trình tái chế an toàn hơn và cho phép tỷ lệ thu hồi vật liệu cao hơn. Các nhà sản xuất cũng đang đạt được tiến bộ trong việc giảm tiêu thụ năng lượng. Họ đặt mục tiêu sử dụng ít năng lượng hơn 40% so với các phương pháp sản xuất pin lithium truyền thống.