Mẫu pin chất rắn tăng mật độ năng lượng gần 25%

Pin vững đã có khả năng làm cho xe điện trở nên phổ thông và tối ưu hơn, nhưng phát triển thương mại của chúng đã có một lịch sử các lời hứa không thành khiến cho điều này phản tỏng so với hệ thống tự lái đầy đủ của Tesla. Điều đó có nghĩa là việc báo cáo về chúng rất khó khăn, nhưng chúng ta đang thấy một số tin tức hứa hẹn từ Imec, một tổ chức nghiên cứu phát triển lớn mạnh có trụ sở tại Bỉ.

Là phần của dự án SOLiDIFY của mình, công ty được ủng hộ bởi EU và các đối tác của mình đã sản xuất một bản thử nghiệm của pin vững với mật độ năng lượng 1070 Wh/L, gần 25% cao hơn so với các ổn áp ion lithium tốt nhất (800 Wh/L). Tốt hơn nữa, nó sử dụng quy trình sản xuất có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng và có thể điều chỉnh cho các dòng sản phẩm pin ion lithium hiện tại và được dự kiến có giá rẻ hơn 150 euro (khoảng $167) cho mỗi kWh, so với khoảng $140/kWh cho pin hiện tại. “Quá trình này mang lại triển vọng cho việc chuyển giao công nghiệp có thể chi phí phù hợp,” Imec viết trong thông cáo báo chí.

Bước đột phá là điều được gọi là “quá trình tồn định từ lỏng sang rắn”. Điều đó có nghĩa là điện phân rắn của bản thử nghiệm sử dụng một “chất lỏng polymer hóa ion làm động” trong một lớp mỏng 50 micromet. Điện phân bị bảo vệ bởi một catôt composite cao dung lượng ở một bên và một anôt kim lithium mỏng ở phía còn lại, dẫn đến một ngăn xếp ổn áp pin compact.

Các liên minh đã tăng tốc độ sạc của ổn áp lên ba giờ và tuổi thọ lên 100 chu kỳ, vượt qua thách thức về cứng và ngấm catôt. Việc sử dụng cobalt cũng được giảm nhờ vào việc áp dụng các lớp phủ bảo vệ siêu mảnh.

Rõ ràng thời gian sạc và số chu kỳ cần phải được cải thiện (pin ô tô ion-lit hiện đại có thể sạc 2000 lần và một số trong thời gian ngắn hơn một giờ). Ngoài ra, công nghệ yêu cầu việc nâng cấp lớn hơn để trở nên thực tế ở mức công nghiệp. Nhưng đáng đáng vì pin vững có thể cuối cùng mang lại năng lượng cao hơn, thời gian sạc ngắn hơn và an toàn tốt hơn, tất cả với giá thấp hơn.

Solid-state batteries have the potential to make EVs far more affordable and practical, but their commercial development has a record of false promises that would make Tesla’s full self-driving blush. That means reporting on them is tricky, but we’re seeing some promising news from Imec, a well-established R&D giant based in Belgium.

As part of its SOLiDIFY project, the EU-supported firm and its 13 partners have manufactured a prototype solid-state battery with a 1070 Wh/L energy density, nearly 25 percent higher than the best lithium-ion cells (800 Wh/L). Better still, it uses a manufacturing process that works at room temperature, is adaptable to current lithium-ion battery product lines and is projected to cost less than 150 euros (about $167) per kWh, compared to about $140/kWh for current batteries. “This process holds promise for affordable industrial transfer,” Imec wrote in a press release.

The breakthrough was something called “liquid-to-solid” solidification. That means the prototype’s solid electrolyte uses a “doped polymerized ionic liquid” in a thin 50 micrometer layer. The electrolyte is flanked by a high-capacity composite cathode on one side and a thin lithium metal anode on the other, resulting in a compact battery cell stack.

The consortium was able to boost the cell’s charge rate to three hours and lifetime to 100 cycles, overcoming mechanical strength and cathode impregnation challenges. Use of cobalt was also reduced thanks to the application of nanometer-thin protective coatings.

Clearly the charging times and number of cycles need to improve (modern li-ion car batteries can be charged 2000 times and some in well under an hour). In addition, the technology requires further upscaling to be practical on an industrial level. It’s worth the effort, though, as solid-state batteries could eventually deliver improved energy density, lower charging times and better safety, all at a lower price.