Pin lithium kim loại vượt 9.315 chu kỳ thử nghiệm, công nghệ mới có thể thay đổi xe điện?
Một tế bào pin lithium kim loại do doanh nghiệp Mỹ Pure Lithium phát triển đã vượt 9.315 chu kỳ sạc - xả trong phòng thí nghiệm. Kết quả gây chú ý khi độ bền vẫn là một trong những rào cản lớn đối với việc đưa loại pin này vào xe điện và các hệ thống lưu trữ năng lượng.
Pure Lithium Corporation cho biết tế bào pin sử dụng công nghệ Advanced Anode đã vượt mốc 9.315 chu kỳ sạc - xả và quá trình thử nghiệm vẫn đang tiếp tục tại phòng thí nghiệm của hãng ở Chicago, Mỹ.
Theo dữ liệu doanh nghiệp công bố, thử nghiệm được thực hiện ở độ sâu xả 100% (100% DoD), với tốc độ sạc và xả đều ở mức 1C. Pure Lithium mô tả mức suy giảm dung lượng của tế bào là không đáng kể, song chưa công bố cụ thể tỷ lệ dung lượng còn lại tại thời điểm vượt mốc 9.315 chu kỳ.
Con số này đáng chú ý bởi tuổi thọ chu kỳ từ lâu là một trong những điểm nghẽn lớn của pin lithium kim loại. Tuy nhiên, đây vẫn là kết quả thử nghiệm ở cấp độ tế bào do doanh nghiệp công bố, chưa thể đồng nhất với độ bền của một bộ pin hoàn chỉnh lắp trên ô tô điện.
Tuổi thọ - bài toán khó của pin lithium kim loại
Pin lithium-ion đang được sử dụng phổ biến trên ô tô điện thường dùng graphite làm vật liệu cực âm. Với pin lithium kim loại, graphite được thay thế bằng lithium kim loại nhằm khai thác khả năng lưu trữ điện tích lớn hơn trên cùng một khối lượng vật liệu.
Xét về dung lượng riêng lý thuyết, lithium kim loại đạt khoảng 3.860 mAh/g, cao hơn hơn 10 lần mức khoảng 372 mAh/g của graphite. Đây là một trong những lý do lithium kim loại được kỳ vọng có thể góp phần tạo ra những thế hệ pin có mật độ năng lượng cao hơn.
Nếu lợi thế này được chuyển hóa thành sản phẩm thương mại, nhà sản xuất có thể tăng lượng năng lượng lưu trữ mà không phải tăng tương ứng kích thước và khối lượng bộ pin. Với ô tô điện, điều đó có thể giúp tăng phạm vi hoạt động hoặc giảm trọng lượng bộ pin.
Tuy nhiên, lithium kim loại cũng đặt ra những thách thức kỹ thuật lớn. Trong quá trình sạc - xả, các phản ứng tại bề mặt điện cực, sự mất lithium hoạt tính và những biến đổi cấu trúc có thể làm suy giảm dung lượng, rút ngắn tuổi thọ, đồng thời ảnh hưởng đến độ an toàn của tế bào pin.
Vì vậy, khả năng duy trì hoạt động qua hàng nghìn chu kỳ sạc - xả được xem là một trong những tiêu chí quan trọng nếu công nghệ này muốn tiến tới ứng dụng thực tế.
Từ hơn 2.200 lên hơn 9.300 chu kỳ
Kết quả mới cho thấy sự cải thiện đáng kể so với thử nghiệm Pure Lithium từng công bố đầu năm 2025.
Khi đó, một thế hệ tế bào pin của hãng vượt hơn 2.200 chu kỳ sạc - xả ở độ sâu xả 100%, tốc độ 1C và duy trì trên 80% dung lượng.
Với công nghệ Advanced Anode, số chu kỳ thử nghiệm hiện đã vượt 9.315.
Pure Lithium cho biết hãng không chỉ tập trung cải tiến một vật liệu riêng lẻ mà tiếp cận đồng bộ nhiều khâu, từ sản xuất lithium kim loại, thiết kế cực âm, chất điện phân đến kiến trúc tế bào và chuỗi cung ứng vật liệu.
Ảnh: Pure Lithium/SAE International.
Một chi tiết đáng chú ý là tế bào đạt kết quả 9.315 chu kỳ vẫn ở quy mô thử nghiệm. Theo các thông tin kỹ thuật được công bố, đây là tế bào dạng túi một lớp, sử dụng cực dương LFP thế hệ đầu, cực âm Advanced Anode, màng ngăn thương mại và chất điện phân lỏng do Pure Lithium phát triển.
Trong quá trình thử nghiệm, tế bào được duy trì dưới áp lực ngoài khoảng 42 psi.
Các dữ liệu công khai hiện chưa cho biết dung lượng Ah hoặc Wh của tế bào, số lượng mẫu được thử nghiệm, mật độ năng lượng thực tế hay tỷ lệ dung lượng còn lại chính xác tại chu kỳ thứ 9.315.
Do đó, mốc 9.315 chu kỳ không nên được hiểu là một chiếc xe điện trong tương lai có thể sạc đầy hơn 9.000 lần mà pin gần như không suy giảm.
Kết quả phù hợp hơn khi được nhìn nhận như một bước tiến về độ bền ở cấp độ tế bào thử nghiệm, trước khi công nghệ được mở rộng sang những tế bào có dung lượng lớn hơn, module và bộ pin hoàn chỉnh.
Ảnh: Pure Lithium/SAE International.
Không chỉ dành cho xe điện
Nếu có thể duy trì tuổi thọ cao khi mở rộng quy mô, pin lithium kim loại còn có tiềm năng trong những lĩnh vực đòi hỏi tần suất sạc - xả lớn như trung tâm dữ liệu và hệ thống lưu trữ điện quy mô lớn.
Với các ứng dụng này, tuổi thọ chu kỳ ảnh hưởng trực tiếp tới số lần phải thay pin và chi phí vận hành trong toàn bộ vòng đời hệ thống.
Emilie Bodoin, nhà sáng lập kiêm CEO Pure Lithium, cho rằng tuổi thọ chu kỳ là một yếu tố quan trọng tác động tới chi phí lưu trữ năng lượng quy đổi (LCOS). Doanh nghiệp ước tính công nghệ mới có thể giúp giảm chỉ tiêu này tới 75%.
Tuy nhiên, mức giảm trên hiện mới là ước tính của Pure Lithium, chưa phải kết quả được xác nhận từ một hệ thống lưu trữ thương mại vận hành trong điều kiện thực tế.
Ở góc độ kinh doanh, giá trị của công nghệ này không chỉ nằm ở việc kéo dài tuổi thọ pin. Nếu pin lithium kim loại có thể duy trì hiệu suất khi được sản xuất ở quy mô lớn, tác động có thể lan sang nhiều lĩnh vực, từ ô tô điện, trung tâm dữ liệu đến các hệ thống lưu trữ năng lượng.
Với doanh nghiệp, một bộ pin bền hơn có thể giúp giảm chi phí thay thế, kéo dài vòng đời thiết bị và cải thiện hiệu quả đầu tư. Tuy nhiên, lợi thế kinh tế chỉ thực sự hình thành khi công nghệ vượt qua được ba bài toán lớn: khả năng sản xuất hàng loạt, độ an toàn và giá thành đủ sức cạnh tranh với pin lithium-ion hiện nay.
Vẫn còn khoảng cách từ phòng thí nghiệm tới ô tô
Pure Lithium đang từng bước chuyển từ nghiên cứu sang thử nghiệm sản xuất ở quy mô lớn hơn. Doanh nghiệp đã chuyển hoạt động tới Chicago và công bố kế hoạch đầu tư khoảng 46 triệu USD để phát triển cơ sở nghiên cứu, sản xuất thử nghiệm và tiến tới thương mại hóa công nghệ pin.
Ảnh: Pure Lithium.
Dù vậy, từ một tế bào đạt kết quả tốt trong phòng thí nghiệm tới một bộ pin đủ điều kiện lắp trên ô tô vẫn là quãng đường dài.
Pin dành cho xe điện phải vượt qua hàng loạt yêu cầu về nhiệt độ, khả năng sạc nhanh, rung động, va chạm, an toàn điện và tuổi thọ trong nhiều điều kiện vận hành khác nhau. Khả năng sản xuất hàng loạt với chi phí cạnh tranh cũng là yếu tố quyết định đối với một công nghệ pin mới.
Mật độ năng lượng thực tế, khả năng duy trì hiệu suất khi tăng kích thước tế bào và độ ổn định của toàn bộ bộ pin cũng cần tiếp tục được kiểm chứng.
Dù vậy, từ một kết quả trong phòng thí nghiệm đến một sản phẩm đủ sức tạo ra thị trường vẫn là khoảng cách đáng kể. Mốc hơn 9.300 chu kỳ chưa phải bằng chứng cho thấy pin lithium kim loại sắp thay thế pin lithium-ion trên ô tô điện.
Nếu độ bền này tiếp tục được duy trì khi mở rộng quy mô, đồng thời được kiểm chứng độc lập về mật độ năng lượng, độ an toàn và chi phí sản xuất, công nghệ lithium kim loại có thể tiến thêm một bước đáng kể tới thương mại hóa.
Với giới doanh nghiệp, giá trị của mốc 9.315 chu kỳ không chỉ nằm ở khía cạnh kỹ thuật. Một công nghệ pin có tuổi thọ cao hơn có thể tác động trực tiếp tới tổng chi phí sở hữu của xe điện, hệ thống lưu trữ năng lượng và hạ tầng trung tâm dữ liệu - những lĩnh vực đòi hỏi vốn đầu tư lớn và hiệu quả vận hành dài hạn.
Bài toán tiếp theo của Pure Lithium vì thế không còn chỉ là kéo dài số chu kỳ sạc - xả, mà là chứng minh công nghệ có thể vận hành ổn định ở quy mô lớn, bảo đảm an toàn và đạt mức giá đủ sức cạnh tranh trên thị trường.