Đột phá công nghệ có thể giúp pin thể rắn rẻ hơn và tiến gần sản xuất hàng loạt

Pin của Dragonfly. Ảnh: IE.

Công ty Dragonfly Energy vừa tiến thêm một bước quan trọng trên hành trình thương mại hóa pin thể rắn khi công ty thông báo đã nhận được "Notice of Allowance" (Thông báo chấp thuận) từ cơ quan quản lý sở hữu trí tuệ của Mỹ đối với danh mục công nghệ sản xuất pin thể rắn.

Đây chưa phải là bằng sáng chế chính thức, nhưng đồng nghĩa với việc bằng sáng chế sẽ được cấp sau khi doanh nghiệp hoàn tất các thủ tục hành chính và nộp các khoản phí theo quy định.

Dragonfly cho biết trước đó nhiều đơn đăng ký sáng chế quốc tế liên quan đến công nghệ này cũng đã được chấp thuận tại nhiều quốc gia.

Điểm đáng chú ý là các bằng sáng chế của Dragonfly không tập trung vào việc phát minh một loại hóa học pin hoàn toàn mới, mà hướng tới quy trình sản xuất pin thể rắn hiệu quả hơn, yếu tố được xem là rào cản lớn nhất đối với việc thương mại hóa công nghệ này.

Pin thể rắn lithium sắt phosphate (LFP) mà Dragonfly đang phát triển được đánh giá là một trong những hướng đi đầy triển vọng của ngành lưu trữ năng lượng.

Khác với pin lithium-ion truyền thống sử dụng chất điện phân dạng lỏng nằm giữa hai điện cực, pin thể rắn thay thế chất điện phân này bằng vật liệu rắn, giúp giảm đáng kể nguy cơ cháy nổ, đồng thời kéo dài tuổi thọ và cải thiện độ ổn định khi vận hành.

Tiềm năng lớn nhưng vẫn còn nhiều thách thức

Ngoài yếu tố an toàn, pin thể rắn còn được kỳ vọng sở hữu mật độ năng lượng cao hơn, tốc độ sạc nhanh hơn và tuổi thọ vượt trội so với pin lithium-ion hiện nay.

Tuy nhiên, trong nhiều năm qua, việc sản xuất loại pin này với quy mô công nghiệp vẫn là bài toán khó của toàn ngành vì quy trình chế tạo rất phức tạp và tốn kém.

Điểm khác biệt trong công nghệ của Dragonfly nằm ở việc sử dụng bột khô thay vì hỗn hợp bùn lỏng (slurry) vốn đang được áp dụng phổ biến trong ngành pin.

Ở quy trình truyền thống, các vật liệu hoạt tính được trộn thành hỗn hợp sệt rồi phủ lên lá kim loại trước khi phải trải qua công đoạn sấy khô tiêu tốn rất nhiều năng lượng và chi phí.

Trong khi đó, Dragonfly sử dụng trực tiếp các loại bột đã được làm khô, sau đó ép, cán và liên kết chúng thành điện cực mà không cần trải qua quá trình sấy.

Đối với pin thể rắn, phương pháp này đặc biệt phù hợp bởi nhiều vật liệu điện phân như sulfide, oxide hay phosphate dạng gốm rất dễ phản ứng nếu tiếp xúc với môi trường lỏng.

Theo Dragonfly, việc loại bỏ công đoạn sấy giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng, đồng thời rút ngắn thời gian sản xuất và giảm chi phí đầu tư nhà máy.

Công nghệ tương tự từng được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm tại nhiều nơi trên thế giới, nhưng Dragonfly cho biết quy trình của họ được thiết kế để có thể mở rộng lên quy mô sản xuất hàng triệu cell pin với tỷ lệ thành phẩm cao.

Điện cực khô – chìa khóa cho pin thể rắn giá rẻ

Một trong những điểm nhấn của công nghệ Dragonfly là quy trình chế tạo "điện cực khô" (dry electrode).

Phương pháp này loại bỏ nhiều công đoạn trung gian trong dây chuyền sản xuất, giảm tiêu hao điện năng, đồng thời không sử dụng các loại dung môi hữu cơ độc hại thường xuất hiện trong sản xuất pin lithium-ion truyền thống.

Nếu được thương mại hóa thành công, công nghệ điện cực khô có thể giúp xây dựng các nhà máy nhỏ gọn hơn, giảm chi phí đầu tư ban đầu và rút ngắn đáng kể thời gian sản xuất.

Giới chuyên gia từ lâu xem đây là một trong những "chén thánh" của ngành công nghiệp pin.

Không chỉ Dragonfly, nhiều tập đoàn lớn như Tesla cũng đã theo đuổi công nghệ điện cực khô trong nhiều năm. Sau khi mua lại Maxwell Technologies vào năm 2019, Tesla đã đầu tư mạnh vào dây chuyền sản xuất điện cực khô để phục vụ pin 4680, song việc mở rộng sản xuất vẫn gặp không ít khó khăn do yêu cầu kỹ thuật rất cao.

Dragonfly cho biết quy trình mới của hãng còn có ưu điểm là "không phụ thuộc hóa học pin", tức có thể áp dụng cho nhiều hệ pin khác nhau như lithium sắt phosphate (LFP), pin lithium kim loại, thậm chí cả pin natri-ion trong tương lai.

Ông Denis Phares, Giám đốc điều hành Dragonfly Energy, nhận định:

"Việc nhận được thông báo chấp thuận bằng sáng chế tại Mỹ là một cột mốc quan trọng trong quá trình bảo vệ các vật liệu và quy trình mà chúng tôi tin sẽ đóng vai trò trung tâm đối với tương lai của ngành sản xuất pin thể rắn."

Ông cho biết nhóm nghiên cứu của Dragonfly sẽ tiếp tục hoàn thiện các công nghệ nhằm đơn giản hóa quy trình sản xuất, nâng cao khả năng mở rộng quy mô và tiến gần hơn đến mục tiêu thương mại hóa hoàn toàn các cell pin thể rắn.

Theo nhiều tổ chức nghiên cứu như IDTechEx, McKinsey và BloombergNEF, pin thể rắn được xem là thế hệ pin tiếp theo của ngành xe điện và lưu trữ năng lượng. Tuy nhiên, việc đưa công nghệ này vào sản xuất đại trà vẫn còn cần thêm nhiều năm để giải quyết các bài toán về chi phí, độ bền và quy mô sản xuất công nghiệp.

Theo IE

Huyền Chi