CATL đã xếp công nghệ lithium-air vào nhóm nghiên cứu dài hạn - Ảnh: CATL
Pin lithium-air có gì đặc biệt?
Theo trang công nghệ Trung Quốc IT Home, pin lithium-air (pin lithium không khí) đang thu hút sự chú ý nhờ tiềm năng đạt mật độ năng lượng cao gấp 5 lần pin thể rắn, qua đó có thể giúp ô tô điện di chuyển tới 2.000km sau mỗi lần sạc.
Về lý thuyết, công nghệ này có thể đạt năng lượng riêng khoảng 3.505 Wh/kg, cao hơn đáng kể so với các loại pin lithium-ion hiện nay.
CATL là nhà sản xuất pin hàng đầu thế giới, đối tác với nhiều hãng xe, trong đó có VinFast.
Thông tin CATL nghiên cứu công nghệ này xuất phát từ phát biểu của ông Wu Kai, nhà khoa học trưởng của hãng, tại Diễn đàn Cường quốc Thiết bị năm 2026. Theo đó, pin lithium-air được xác định là một trong những hướng nghiên cứu dài hạn.
Khác với pin lithium-ion thông thường, pin lithium-air sử dụng lithium kim loại làm điện cực âm và oxy từ môi trường bên ngoài làm chất tham gia phản ứng tại điện cực dương.
Trong quá trình xả điện, lithium phản ứng với oxy tạo thành lithium peroxide (Li₂O₂). Khi sạc, phản ứng diễn ra theo chiều ngược lại, giải phóng oxy và đưa các ion lithium trở về điện cực âm.
Nhờ tận dụng oxy từ không khí thay vì phải lưu trữ toàn bộ chất tham gia phản ứng bên trong, loại pin này có tiềm năng giảm khối lượng và tăng đáng kể năng lượng lưu trữ.
Một số tính toán thậm chí đưa ra mức năng lượng riêng lý thuyết gần 12.000 Wh/kg. Tuy nhiên, con số này không tính khối lượng oxy, đồng thời chưa bao gồm các thành phần cần thiết như chất điện phân, điện cực, hệ thống bảo vệ và thiết bị quản lý không khí.
Vì vậy, không thể sử dụng các mức năng lượng riêng lý thuyết để trực tiếp xác định phạm vi hoạt động của ô tô điện.
Về lý thuyết, pin lithium-air có thể giúp xe điện đạt được quãng đường di chuyển tới 2.000km - Ảnh minh họa: CATL
Trên thực tế, công nghệ lithium-air đã được nghiên cứu từ nhiều năm trước.
Năm 2009, IBM từng triển khai dự án Battery 500 với mục tiêu phát triển pin giúp ô tô điện chạy khoảng 805km sau mỗi lần sạc. Tuy nhiên, dự án không tạo ra sản phẩm thương mại.
Những năm gần đây, các nhóm nghiên cứu tại Trung Quốc và Mỹ đã công bố một số kết quả đáng chú ý.
Năm 2024, nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Cát Lâm và Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc phát triển một cấu hình pin lithium-air dạng túi, đạt năng lượng riêng 757,5 Wh/kg. Pin cũng hoàn thành 241 chu kỳ sạc - xả trong điều kiện phòng thí nghiệm.
Trước đó, năm 2023, các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ Illinois và Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne của Mỹ công bố một loại pin lithium-air sử dụng chất điện phân thể rắn.
Thiết kế này có thể hoàn thành ít nhất 1.000 chu kỳ sạc - xả ở nhiệt độ phòng, với tiềm năng năng lượng riêng lý thuyết đạt 1.200 Wh/kg.
Dù vậy, các kết quả trên được ghi nhận trong những điều kiện thử nghiệm và cấu trúc pin khác nhau, chưa chứng minh khả năng ứng dụng trên ô tô thương mại.
Những rào cản với pin lithium-air
Một trong những thách thức lớn nhất của pin lithium-air là khả năng kiểm soát chất lượng không khí.
Tuy nhiên, những trở ngại kỹ thuật lớn khiến việc thương mại hóa pin lithium-air gặp khó khăn - Ảnh minh họa: Zeekr
Loại pin này cần oxy để hoạt động nhưng lại dễ bị ảnh hưởng khi có hơi ẩm và CO₂. Những thành phần này có thể gây phản ứng phụ, tạo chất lắng đọng bên trong điện cực và làm suy giảm dung lượng pin.
Để sử dụng trên ô tô, pin cần thêm hệ thống lọc không khí, kiểm soát độ ẩm và xử lý khí. Các thiết bị này làm tăng khối lượng, chiếm không gian và tiêu thụ điện năng.
Một nghiên cứu năm 2023 ước tính hệ thống phụ trợ có thể tiêu thụ khoảng 5,4% công suất điện của pin trong cấu hình xe được đề xuất.
Bên cạnh đó, pin lithium-air còn gặp khó khăn về độ bền và khả năng sạc lại. Các phản ứng hóa học trong quá trình sạc-xả có thể làm hư hại chất điện phân, khiến dung lượng suy giảm sau nhiều chu kỳ sử dụng.
Mật độ năng lượng cao cũng chưa đủ để bảo đảm khả năng vận hành của ô tô. Bộ pin còn phải cung cấp công suất phù hợp cho những tình huống tăng tốc, vượt xe và di chuyển liên tục, đồng thời đáp ứng yêu cầu về kích thước, khối lượng và quản lý nhiệt.
Theo lộ trình hiện tại, CATL vẫn tập trung vào pin natri-ion và pin thể rắn, những công nghệ được đánh giá gần với giai đoạn thương mại hóa hơn.
Đối với pin lithium-air, hãng chưa công bố kế hoạch sản xuất hàng loạt hay mục tiêu đưa loại pin này lên ô tô điện chạy 2.000km.
Xe điện mất pin vẫn chạy ngonMột bằng sáng chế mới của Stellantis mô tả hệ thống cho phép xe điện tách bộ pin điện áp cao khỏi xe trong tình huống khẩn cấp, sau đó tiếp tục di chuyển một quãng ngắn nhờ nguồn điện áp thấp.