Pin Lithium Ion Vs Pin trạng thái rắn

Pin Lithium Ion Vs Pin trạng thái rắn

Pin Lithium ion và pin thể rắn là hai lựa chọn chính để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử di động. Hai loại pin này có những ưu nhược điểm riêng biệt. Dưới đây là tổng quan về từng loại. Nếu bạn không chắc loại nào tốt hơn, hãy đọc tiếp.

Pin thể rắn

Mặc dù pin lithium ion không phải là mới, nhưng công nghệ này vẫn còn sơ khai. Ví dụ, Toyota hiện đang tiến hành nghiên cứu thử nghiệm trong lĩnh vực này như một cách để duy trì tính cạnh tranh trên thị trường xe điện. Volkswagen cũng đã bắt đầu hợp tác với các công ty công nghệ nhỏ để phát triển pin thể rắn cho các ứng dụng ô tô.

Pin thể rắn có tiềm năng đơn giản hóa cấu trúc bên trong và bao bì của pin. Điều này có thể làm giảm chi phí sản xuất. Các nhà nghiên cứu sẽ điều tra việc sử dụng tiềm năng này bằng cách sử dụng các phương trình vi phân để mô hình hóa pin trạng thái rắn. Để bắt đầu, các nhà nghiên cứu sẽ xem xét các tài liệu đã xuất bản về các mẫu pin. Các mô hình kết quả sẽ cho phép họ xác định các đặc tính hiệu suất của pin thể rắn.

Pin Li-ion có thiết kế hai pha, với một hoặc nhiều chất điện phân rắn tách chất lỏng ra khỏi chất rắn. Thiết kế này có một số lợi thế. Sử dụng chất điện phân lai mang lại những lợi thế bổ sung, như cải thiện độ ổn định trong thời gian dài. Chất điện phân polyme rắn cũng có những ưu điểm hơn chất điện phân lỏng tinh khiết.

Pin lithium ion thể rắn có khả năng lưu trữ một lượng lớn năng lượng, khiến chúng trở thành một ứng cử viên sáng giá cho các thiết bị lưu trữ năng lượng trong tương lai. Những loại pin này có mật độ năng lượng cao hơn và hiệu suất an toàn vượt trội. Thách thức lớn nhất của họ nằm ở mặt phân cách giữa chất điện phân rắn và điện cực. Điều quan trọng là phải hiểu cách lớp giao diện được hình thành và cách giải quyết vấn đề này.

Pin lithium-ion

So với pin trạng thái rắn, pin lithium-ion nhẹ, bền và có thể hoạt động tốt hơn trong các gói có thể xếp chồng lên nhau. Tuy nhiên, chúng có thể không ổn định và có thể phát nổ hoặc gây cháy nếu tiếp xúc với nhiệt độ cao. Điều đó cho thấy, pin lithium-ion là lựa chọn an toàn và đáng tin cậy nhất cho tính di động điện tử.

Khi xe điện ngày càng trở nên phổ biến, ngành công nghiệp đang tập trung vào việc cải thiện hiệu suất của pin. Trong khi pin lithium-ion từ lâu đã là lựa chọn thống trị, thì các loại pin thể rắn mới hơn có thể sớm dẫn đầu trong công nghệ EV. Pin thể rắn có mật độ năng lượng cao hơn và có thể tăng phạm vi hoạt động của xe lên từ năm mươi đến một trăm phần trăm.

Pin Lithium-ion chứa chất điện phân lỏng, trong khi pin thể rắn được cấu tạo từ vật liệu rắn. Sự khác biệt chính giữa hai loại nằm ở cách các chất điện giải được lưu trữ. Pin thể rắn ổn định hơn pin lithium-ion và có thể mạnh gấp 2.5 lần so với pin dạng lỏng.

Pin thể rắn có thể đắt hơn pin lithium-ion. Chúng cũng được biết là bị đoản mạch. Điều này là do thực tế là các hạt kim loại lithium của chúng có thể tích tụ ở một bên của pin. Dendrite này sẽ làm thủng dải phân cách, gây đoản mạch.

Pin Lithium-ion chứa chất điện phân lỏng, có thể dễ bay hơi và dễ cháy. Pin thể rắn không chứa thành phần chất lỏng nên có nguy cơ cháy nổ thấp hơn so với pin lithium-ion. Chúng cũng yêu cầu ít hệ thống an toàn hơn so với pin lithium-ion. Pin thể rắn cũng cung cấp mật độ năng lượng cao hơn.

Pin ion lỏng

Pin lỏng-ion là một lựa chọn tuyệt vời cho xe điện vì chúng dễ bảo quản và phóng điện. Tuy nhiên, chúng có một số nhược điểm. Pin Lithium-ion có thể phát triển một tình trạng được gọi là hiện tượng thoát nhiệt, dẫn đến khi một tế bào đơn lẻ trong pin bắt đầu nóng lên và khiến các tế bào khác trong gói bắt đầu hoạt động theo. Cuối cùng, điều này gây ra hỏa hoạn bên trong bộ pin, rất khó dập tắt. Pin Lithium-ion cũng có xu hướng rò rỉ chất điện phân, rất dễ cháy. Do đó, những loại pin này cần được sạc trước khi sử dụng.

Pin thể rắn cũng có nhược điểm của chúng. Tuy nhẹ và nhỏ gọn hơn nhiều so với pin lithium-ion, nhưng chúng không bền bằng pin truyền thống. Ngoài ra, chúng kém hiệu quả hơn trong nhiệt độ khắc nghiệt, khiến chúng ít hữu ích hơn cho các phương tiện giao thông. Ngoài ra, chúng có thể không ổn định hơn và có thể gây ra cháy nổ.

Pin thể rắn cũng có ưu điểm là tiết kiệm năng lượng hơn. Chúng có mật độ năng lượng gấp hai hoặc ba lần so với pin lithium-ion. Điều này có nghĩa là chúng sẽ nhỏ hơn và nhẹ hơn, có thể có lợi cho người tiêu dùng. Ngoài ra, chúng có thể cung cấp cho EVs một phạm vi xa hơn. Đây có thể là một điều tuyệt vời cho môi trường.

Pin thể rắn cũng cung cấp dung lượng lớn hơn. Trong khi chúng vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, chúng có thể tích trữ nhiều năng lượng hơn so với các đối tác ion lỏng của chúng. Một số nhà sản xuất ô tô, bao gồm Toyota và Volkswagen, đang đầu tư số tiền lớn vào việc phát triển pin thể rắn cho xe. Một số công ty hiện đang có kế hoạch đưa công nghệ này ra thị trường đại chúng vào cuối năm 2024.

Chất điện phân trong pin lithium-ion

Các nhà khoa học vẫn đang tìm kiếm loại pin lithium-ion hoàn hảo. Họ muốn nó có mật độ năng lượng cao và cũng phải an toàn khi sử dụng. Nhiều loại pin đang được sử dụng có chứa chất điện phân lỏng có thể dễ cháy. Pin lithium-ion trạng thái rắn hoàn toàn được làm bằng các thành phần rắn và có thể an toàn hơn khi sử dụng. Nghiên cứu mới đã dẫn đến sự phát triển của một chất điện phân rắn mới.

Một ưu điểm của pin thể rắn là hiệu suất ở nhiệt độ thấp. Chất điện phân lỏng không thể chịu được nhiệt độ cao, nhưng chất điện phân rắn thì có thể. Chất điện phân rắn cũng hỗ trợ hoạt động sạc nhanh mà không làm suy giảm chất lượng. Nó cũng đòi hỏi ít vật liệu và năng lượng hơn để chế tạo. Pin thể rắn chỉ có thể được chứng minh nếu chúng có thể được sản xuất hàng loạt.

Pin lithium thể rắn có cơ chế khai thác tương tự như pin lithium-ion. Các điện cực được làm bằng kim loại, và chất điện phân là vật liệu lỏng hoặc rắn. Các ion liti di chuyển qua chất điện phân, tạo ra dòng điện.

Chất điện phân rắn không cần thiết bị phân tách.

Một nhược điểm khác của pin thể rắn là giá thành cao. Mặc dù rẻ hơn pin trạng thái lỏng nhưng chúng vẫn chưa được sản xuất hàng loạt. Chất điện phân rắn phải trơ về mặt hóa học và là chất dẫn điện tốt giữa hai điện cực. Nhược điểm khác của pin trạng thái rắn là chúng có vòng đời ngắn hơn so với pin ở trạng thái lỏng.

Cực dương trong pin lithium-ion

Pin lithium thể rắn được cho là có nguy cơ cháy nổ thấp hơn và cần ít thiết bị an toàn hơn. Chúng cũng có lợi thế là có thể sử dụng cực dương kim loại lithium cho mật độ năng lượng cao. Hiện tại, hơn năm mươi công ty đang nghiên cứu và phát triển pin thể rắn. Một số thậm chí còn chỉ ra rằng họ đang phát triển các công nghệ điện phân trạng thái rắn độc quyền. Các nhà sản xuất ô tô và các nhà sản xuất pin lớn cũng đã đầu tư vào công nghệ mới này.

Một nhược điểm lớn của pin thể rắn là tính không ổn định bề mặt của điện cực và chất điện phân. Điều này dẫn đến một lớp giao diện bị thụ động và cản trở sự khuếch tán của Li + qua giao diện điện cực-SSE. Ngoài ra, đạp xe điện áp cao có thể làm suy giảm SSE, khiến nó bị oxy hóa.

Graphite trong lịch sử đã từng là cực dương cho pin lithium-ion, nhưng các công ty khởi nghiệp hiện đang phát triển các giải pháp thay thế có hiệu suất tốt hơn. Silicon, một vật liệu chính phổ biến được sử dụng trong pin lithium-ion, có mật độ năng lượng trên mỗi thể tích cao hơn nhiều so với than chì.

Cực dương kim loại lithium cũng đang trở nên khả dụng đối với pin lithium thể rắn. Cực dương kim loại liti có thể được sản xuất với mật độ năng lượng cao và tăng công suất.