Ắc Quy Lithium-ion Có Phải Là Tương Lai Cho Xe Điện ?

Hiện nay, trên thị trường có vô số loại bình Ắc Quy với nhiều thương hiệu, chủng loại và cấu tạo khác nhau. Trong đó, không thể không nhắc đến Ắc Quy Lithium - một loại Ắc Quy được đánh giá cao bởi những ưu điểm vượt trội của nó. Vậy, Ắc Quy pin Lithium có phải là tương lai cho xe điện?

Ắc Quy Lithium là gì ? 

Ắc Quy Lithium hay còn gọi là pin Lithium là loại Ắc Quy sử dụng kim loại Lithium làm anot và một hợp chất hóa học khác làm catot. Loại Ắc Quy này có thể tái sạc và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị điện tử như điện thoại thông minh, máy tính xách tay, bình ắc quy xe máy điện,...

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Ắc Quy Lithium

Cấu tạo bình ắc quy Lithium

Bình Ắc Quy Lithium có nhiều loại khác nhau dựa trên kích thước, ứng dụng và vật liệu chế tạo các điện cực. Tuy nhiên, xét về cấu trúc cơ bản, một bình Ắc Quy hoàn chỉnh sẽ bao gồm nhiều tế bào riêng lẻ. Mỗi tế bào này có cấu trúc giống nhau và gồm các thành phần chính như sau.

Điện cực dương: Điện cực này chứa oxit hợp kim của kim loại Lithium (Li), nickel (Ni) và cobalt (Co). Những oxit kim loại này còn được biết đến như các kim loại chuyển tiếp.

Điện cực âm: Thường được chế tạo từ than chì (graphite), đóng vai trò là điện cực âm trong quá trình hoạt động của pin.

Chất điện phân: Là dung dịch muối Lithium hexafluorophosphate hòa tan trong dung môi aprotic, cho phép các ion Lithium di chuyển tự do và mang điện giữa các điện cực.

Màng ngăn: Được sử dụng để ngăn chặn hiện tượng đoản mạch, màng ngăn này thường làm từ polymer và đặt giữa các điện cực. Nó có độ thấm cao với ion lithium, cho phép chúng di chuyển dễ dàng giữa cực dương và cực âm.

Nguyên lý hoạt động bình ắc quy Lithium

Nguyên lý hoạt động của bình Ắc Quy pin lithium chủ yếu dựa trên sự di chuyển liên tục của các ion Lithium (Li) giữa các điện cực. Trong quá trình sạc và xả, sự di chuyển này cân bằng với dòng điện bên ngoài để duy trì tính trung hòa về điện của các điện cực.

Quá trình sạc bình ắc quy Lithium

Trong quá trình sạc, các nguyên tử lithium không bị ion hóa di chuyển từ cực âm qua màng ngăn và đến cực dương. Tại đây, các nguyên tử lithium chèn giữa các phân tử than chì (quá trình xen kẽ) và được kích hoạt bằng dòng điện một chiều cho đến khi đạt được dòng điện định mức. 

Khi đạt đến điện áp cuối của quá trình sạc, các nguyên tử lithium được duy trì nhờ dòng điện sạc giảm dần. Điều này giúp hạn chế hỏng hóc hoặc quá nhiệt, nhờ vào các thiết bị sạc điện tử hoặc bảo vệ tích hợp.

Quá trình xả bình ắc quy Lithium

Khi Ắc Quy lithium xả điện, tức là khi một thiết bị nào đó đang sử dụng năng lượng từ bình Ắc Quy, nguyên tử lithium tại cực dương sẽ nhường một electron.

Electron này sẽ di chuyển về cực âm thông qua mạch ngoài, trong khi ion lithium di chuyển từ cực dương qua chất điện phân và màng ngăn đến cực âm. Tại cực âm, các electron kết hợp với ion kim loại và tạo ra sự ion hóa mạnh mẽ.

Ưu và nhược điểm của Ắc Quy Lithium

Ưu điểm của Ắc Quy Lithium

Hiện tại, bình Ắc Quy Lithium được ưa chuộng bởi có những ưu điểm nổi bật sau:

• Thân thiện với môi trường: Nhờ khả năng tái sử dụng, Ắc Quy Lithium giúp giảm thiểu chi phí tiêu hủy kim loại chì, ít gây tác động tiêu cực đến môi trường so với các loại Ắc Quy truyền thống.

• Điện áp cao: Ắc Quy Lithium cung cấp điện áp tối đa khoảng 3,7 – 3,8V, vượt trội hơn so với nhiều loại pin khác trên thị trường.

• Tuổi thọ dài: Ắc Quy Lithium có thể đạt tới hơn 2.000 chu kỳ sạc-xả, tùy thuộc vào cách sử dụng và điều kiện vận hành.

2.2. Nhược điểm của Ắc Quy Lithium

• Hiệu ứng tự xả: Ắc Quy Lithium có xu hướng tự xả dung lượng từ 5 – 10% mỗi tháng, tùy thuộc vào điều kiện sử dụng và chu kỳ sạc-xả.

• Nhạy cảm với điện áp: Khi điện áp của pin dưới 3V hoặc trên 4,2V, Ắc Quy có thể bị hỏng. Do đó, cần tuân theo hướng dẫn sử dụng của nhà sản xuất để bảo vệ pin.

• Giá thành cao: Ắc Quy Lithium thường có giá thành cao hơn, mức giá có thể dao động tùy vào thương hiệu và dung lượng pin.

• Nhạy cảm với nhiệt độ: Ắc Quy Lithium dễ bị hư hỏng ở nhiệt độ cao, chỉ nên sử dụng ở nhiệt độ dưới 60 độ C. Khi sạc, cần đảm bảo thời gian sạc không quá lâu để tránh tình trạng sinh nhiệt, tăng áp suất trong pin, gây nguy cơ cháy nổ.

• Cung cấp năng lượng lớn: Ắc Quy Lithium có khả năng cung cấp năng lượng tối đa khoảng 555Wh/kg, nhiều hơn đáng kể so với các loại Ắc Quy chì thông thường.

• Độ an toàn cao: Với công nghệ hiện đại, Ắc Quy Lithium không chỉ bảo vệ môi trường mà còn đảm bảo an toàn, hạn chế nguy cơ cháy nổ.

Một vài sản phẩm của Ắc Quy Lithium-ion

Bình Ắc Quy Lithium-ion đã trở thành thành phần cốt lõi trong nhiều sản phẩm hiện đại, đáp ứng nhu cầu đa dạng của thị trường. 

Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của loại Ắc Quy này là trong thiết bị di động như điện thoại thông minh và máy tính bảng. Các sản phẩm như iPhone, Samsung Galaxy hay iPad đều sử dụng Ắc Quy Lithium-ion để đảm bảo thời gian sử dụng lâu dài và hiệu suất cao. 

Bên cạnh đó, xe điện cũng là một lĩnh vực mà Ắc Quy Lithium-ion đóng vai trò quan trọng. Các hãng xe như Tesla, Nissan Leaf và Chevrolet Bolt sử dụng loại Ắc Quy này để cung cấp năng lượng cho xe, mang lại hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải. 

Ngoài ra, các dụng cụ điện như máy khoan, máy cắt cỏ và máy hút bụi cũng sử dụng Ắc Quy Lithium-ion nhờ vào khả năng cung cấp năng lượng mạnh mẽ và thời gian sạc nhanh. 

Nhìn chung, Ắc Quy Lithium-ion có tiềm năng to lớn trở thành nguồn năng lượng cho xe điện trong tương lai như Ắc quy cho xe VinFast Fadil Tuy nhiên, để Ắc Quy Lithium được áp dụng rộng rãi hơn, cần có những nỗ lực nghiên cứu và phát triển để giảm giá thành, tăng tuổi thọ, nâng cao hiệu suất và giảm thiểu tác động môi trường.