Pin là một trong những trở ngại lớn nhất trên con đường hướng tới việc áp dụng xe điện (EV) hàng loạt. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu chúng không chỉ có thể kéo dài hơn mà còn có thể tự sửa chữa? Đó là tầm nhìn thúc đẩy các nhà nghiên cứu như Johannes Ziegler và Liu Sufu, những người đang nỗ lực biến điều này thành hiện thực.
Doanh số bán xe điện ở châu Âu đang tăng vọt, tăng 20% vào tháng 2 so với cùng tháng năm 2024. Xe điện là yếu tố cần thiết để điện khí hóa giao thông của chúng ta và giảm lượng khí thải carbon gây hại cho hành tinh, nhưng hành trình của chúng không phải là không có thách thức.
Hầu hết các xe điện đều dựa vào pin lithium-ion, tương tự như pin trong điện thoại của chúng ta, nhưng lớn hơn và phức tạp hơn nhiều. Một pin xe điện chứa hàng chục kilogam kim loại có giá trị – lithium, niken và đồng – và phải kéo dài hơn một thập kỷ, phù hợp với tuổi thọ dự kiến của một chiếc xe điện.
Để giải quyết thách thức này, một nhóm các nhà nghiên cứu đã tập hợp dưới một sáng kiến do EU tài trợ có tên là PHOENIX, nhằm phát triển pin có thể tự phục hồi. Mục tiêu của họ là kéo dài tuổi thọ pin, làm cho chúng an toàn hơn và giảm nhu cầu về kim loại pin mới.
“Ý tưởng là tăng tuổi thọ pin và giảm lượng khí thải carbon của nó vì cùng một pin có thể tự sửa chữa nên tổng thể cần ít tài nguyên hơn,” Ziegler, một nhà khoa học vật liệu tại Viện Nghiên cứu Silicat Fraunhofer ISC ở Đức, cho biết.
Năm 2023, EU đã xác định 34 vật liệu là quan trọng, bao gồm các kim loại pin như lithium, niken, đồng và coban.
Dự án PHOENIX được đặt theo tên của loài chim thần thoại trỗi dậy từ đống tro tàn của chính nó – một biểu tượng phù hợp cho sự tái sinh và đổi mới mà các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ đạt được trong công nghệ pin.
Và số tiền đặt cược là rất cao. Pháp luật EU yêu cầu tất cả ô tô và xe tải mới được bán từ năm 2035 trở đi phải tạo ra lượng khí thải bằng không. Mục tiêu là cắt giảm đáng kể lượng khí thải nhà kính từ ngành giao thông vận tải.
Để điều đó xảy ra, xe điện sẽ cần pin tốt hơn.
Bất kỳ ai sở hữu điện thoại thông minh đều biết sự thất vọng với pin: sau một vài năm, tuổi thọ của chúng giảm mạnh. Vấn đề tương tự cũng gây ra cho xe điện, chỉ ở quy mô lớn hơn.
Điều này xảy ra vì các bộ phận của pin bị suy giảm khi nó liên tục được sạc và xả theo thời gian.
Các nhà khoa học đến từ Bỉ, Đức, Ý, Tây Ban Nha và Thụy Sĩ đang hợp tác để thiết kế các cảm biến phát hiện những thay đổi bên trong pin lithium-ion khi nó già đi và kích hoạt khả năng tự phục hồi của pin khi cần thiết.
Mục tiêu là tăng gấp đôi tuổi thọ của pin và, bằng cách mở rộng, tuổi thọ của xe điện.
“Ý tưởng là tăng tuổi thọ pin và giảm lượng khí thải carbon của nó vì cùng một pin có thể tự sửa chữa nên tổng thể cần ít tài nguyên hơn.
Ngày nay, hệ thống quản lý pin (BMS) – bộ não của pin – theo dõi điện áp và nhiệt độ của pin để đảm bảo nó không quá nóng và gây ra các vấn đề về an toàn.
“Hiện tại, những gì được cảm nhận là rất hạn chế về nhiệt độ, điện áp và dòng điện nói chung. Ngoài việc cung cấp ước tính về lượng năng lượng còn lại, nó còn đảm bảo an toàn,” Yves Stauffer, một kỹ sư tại Trung tâm Điện tử và Vi công nghệ Thụy Sĩ (CSEM), một trung tâm đổi mới phát triển các công nghệ đột phá, cho biết. Stauffer dẫn đầu nghiên cứu BMS.
Nhóm PHOENIX đặt mục tiêu tiến xa hơn bằng cách giới thiệu các cảm biến và bộ kích hoạt tiên tiến. Một số trong số chúng sẽ phát hiện khi pin giãn nở, những cảm biến khác sẽ tạo ra bản đồ nhiệt và một số sẽ theo dõi các loại khí nguy hiểm như hydro hoặc carbon monoxide.
Tất cả các cảm biến này sẽ cung cấp một hệ thống cảnh báo sớm về tình trạng pin.
Khi bộ não của pin quyết định cần sửa chữa, quá trình phục hồi sẽ được kích hoạt. Điều này có thể có nghĩa là ép pin trở lại hình dạng ban đầu, chẳng hạn, hoặc áp dụng nhiệt mục tiêu để kích hoạt các cơ chế tự sửa chữa bên trong.
“Ý tưởng là dưới sự xử lý nhiệt, một số liên kết hóa học độc đáo sẽ bật trở lại,” Sufu, một nhà hóa học pin tại CSEM, người cũng làm việc trong PHOENIX, cho biết.
Một phương pháp tự phục hồi khác sử dụng từ trường để phá vỡ các dendrite – các cấu trúc kim loại phân nhánh hình thành trên các điện cực pin trong quá trình sạc và có thể gây ra đoản mạch và hỏng hóc.
Các nhà nghiên cứu PHOENIX cũng đặt mục tiêu tăng phạm vi hoạt động của xe điện và giảm kích thước của pin.
“Chúng tôi đang cố gắng phát triển pin thế hệ tiếp theo với mật độ năng lượng cao hơn,” Sufu nói. Điều đó có nghĩa là một chiếc xe điện sẽ cần một pin nhỏ hơn, điều này sẽ làm cho nó nhẹ hơn và cho phép nó đi xa hơn chỉ với một lần sạc.
Một chiến lược là thay thế than chì, vật liệu được sử dụng trong bút chì, bằng silicon, nằm ở đâu đó giữa kim loại và phi kim loại.
Điều này không được áp dụng rộng rãi trong pin thương mại hiện nay, một phần vì silicon kém ổn định hơn và thể tích của nó có thể tăng lên đến 300% trong quá trình sạc và xả, Sufu nói. Với silicon bên trong, pin sẽ phải có khả năng sống sót sau những thay đổi mạnh mẽ này hoặc tự sửa chữa.
“Chúng tôi đang cố gắng phát triển pin thế hệ tiếp theo với mật độ năng lượng cao hơn.
Vào tháng 3 năm 2025, một lô nguyên mẫu cảm biến và bộ kích hoạt mới đã được phát triển và vận chuyển đến các đối tác để thử nghiệm trên các tế bào túi pin – pin lithium-ion linh hoạt, nhẹ và phẳng.
Tuy nhiên, trong khi việc tải pin bằng cảm biến là rất tốt để cung cấp thông tin về tình trạng của nó, nó cũng làm tăng chi phí. Do đó, nhóm tập trung vào việc xác định công nghệ nào mang lại đủ lợi ích để biện minh cho chi phí của xe điện.
Bất kỳ phương pháp nào chiếm ưu thế, nó sẽ cho phép xe điện trong tương lai kéo dài hơn và đi xa hơn, với pin an toàn hơn, nhỏ gọn hơn và ít tốn tài nguyên hơn.
Việc kéo dài tuổi thọ pin cũng sẽ làm giảm lượng khí thải carbon của xe điện, mang lại lợi ích cho cả người tiêu dùng và môi trường.
“Thật thú vị khi kéo dài tuổi thọ của pin và làm việc trên xe điện,” Ziegler nói. “Tất cả là về việc kết hợp các bộ phận lại với nhau.”
Pin là một trong những trở ngại lớn nhất trên con đường hướng tới việc áp dụng xe điện (EV) hàng loạt. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu chúng không chỉ có thể kéo dài hơn mà còn có thể tự sửa chữa? Đó là tầm nhìn thúc đẩy các nhà nghiên cứu như Johannes Ziegler và Liu Sufu, những người đang nỗ lực biến điều này thành hiện thực.
Doanh số bán xe điện ở châu Âu đang tăng vọt, tăng 20% vào tháng 2 so với cùng tháng năm 2024. Xe điện là yếu tố cần thiết để điện khí hóa giao thông của chúng ta và giảm lượng khí thải carbon gây hại cho hành tinh, nhưng hành trình của chúng không phải là không có thách thức.
Hầu hết các xe điện đều dựa vào pin lithium-ion, tương tự như pin trong điện thoại của chúng ta, nhưng lớn hơn và phức tạp hơn nhiều. Một pin xe điện chứa hàng chục kilogam kim loại có giá trị – lithium, niken và đồng – và phải kéo dài hơn một thập kỷ, phù hợp với tuổi thọ dự kiến của một chiếc xe điện.
Để giải quyết thách thức này, một nhóm các nhà nghiên cứu đã tập hợp dưới một sáng kiến do EU tài trợ có tên là PHOENIX, nhằm phát triển pin có thể tự phục hồi. Mục tiêu của họ là kéo dài tuổi thọ pin, làm cho chúng an toàn hơn và giảm nhu cầu về kim loại pin mới.
“Ý tưởng là tăng tuổi thọ pin và giảm lượng khí thải carbon của nó vì cùng một pin có thể tự sửa chữa nên tổng thể cần ít tài nguyên hơn,” Ziegler, một nhà khoa học vật liệu tại Viện Nghiên cứu Silicat Fraunhofer ISC ở Đức, cho biết.
Năm 2023, EU đã xác định 34 vật liệu là quan trọng, bao gồm các kim loại pin như lithium, niken, đồng và coban.
Dự án PHOENIX được đặt theo tên của loài chim thần thoại trỗi dậy từ đống tro tàn của chính nó – một biểu tượng phù hợp cho sự tái sinh và đổi mới mà các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ đạt được trong công nghệ pin.
Và số tiền đặt cược là rất cao. Pháp luật EU yêu cầu tất cả ô tô và xe tải mới được bán từ năm 2035 trở đi phải tạo ra lượng khí thải bằng không. Mục tiêu là cắt giảm đáng kể lượng khí thải nhà kính từ ngành giao thông vận tải.
Để điều đó xảy ra, xe điện sẽ cần pin tốt hơn.
Bất kỳ ai sở hữu điện thoại thông minh đều biết sự thất vọng với pin: sau một vài năm, tuổi thọ của chúng giảm mạnh. Vấn đề tương tự cũng gây ra cho xe điện, chỉ ở quy mô lớn hơn.
Điều này xảy ra vì các bộ phận của pin bị suy giảm khi nó liên tục được sạc và xả theo thời gian.
Các nhà khoa học đến từ Bỉ, Đức, Ý, Tây Ban Nha và Thụy Sĩ đang hợp tác để thiết kế các cảm biến phát hiện những thay đổi bên trong pin lithium-ion khi nó già đi và kích hoạt khả năng tự phục hồi của pin khi cần thiết.
Mục tiêu là tăng gấp đôi tuổi thọ của pin và, bằng cách mở rộng, tuổi thọ của xe điện.
“Ý tưởng là tăng tuổi thọ pin và giảm lượng khí thải carbon của nó vì cùng một pin có thể tự sửa chữa nên tổng thể cần ít tài nguyên hơn.
Ngày nay, hệ thống quản lý pin (BMS) – bộ não của pin – theo dõi điện áp và nhiệt độ của pin để đảm bảo nó không quá nóng và gây ra các vấn đề về an toàn.
“Hiện tại, những gì được cảm nhận là rất hạn chế về nhiệt độ, điện áp và dòng điện nói chung. Ngoài việc cung cấp ước tính về lượng năng lượng còn lại, nó còn đảm bảo an toàn,” Yves Stauffer, một kỹ sư tại Trung tâm Điện tử và Vi công nghệ Thụy Sĩ (CSEM), một trung tâm đổi mới phát triển các công nghệ đột phá, cho biết. Stauffer dẫn đầu nghiên cứu BMS.
Nhóm PHOENIX đặt mục tiêu tiến xa hơn bằng cách giới thiệu các cảm biến và bộ kích hoạt tiên tiến. Một số trong số chúng sẽ phát hiện khi pin giãn nở, những cảm biến khác sẽ tạo ra bản đồ nhiệt và một số sẽ theo dõi các loại khí nguy hiểm như hydro hoặc carbon monoxide.
Tất cả các cảm biến này sẽ cung cấp một hệ thống cảnh báo sớm về tình trạng pin.
Khi bộ não của pin quyết định cần sửa chữa, quá trình phục hồi sẽ được kích hoạt. Điều này có thể có nghĩa là ép pin trở lại hình dạng ban đầu, chẳng hạn, hoặc áp dụng nhiệt mục tiêu để kích hoạt các cơ chế tự sửa chữa bên trong.
“Ý tưởng là dưới sự xử lý nhiệt, một số liên kết hóa học độc đáo sẽ bật trở lại,” Sufu, một nhà hóa học pin tại CSEM, người cũng làm việc trong PHOENIX, cho biết.
Một phương pháp tự phục hồi khác sử dụng từ trường để phá vỡ các dendrite – các cấu trúc kim loại phân nhánh hình thành trên các điện cực pin trong quá trình sạc và có thể gây ra đoản mạch và hỏng hóc.
Các nhà nghiên cứu PHOENIX cũng đặt mục tiêu tăng phạm vi hoạt động của xe điện và giảm kích thước của pin.
“Chúng tôi đang cố gắng phát triển pin thế hệ tiếp theo với mật độ năng lượng cao hơn,” Sufu nói. Điều đó có nghĩa là một chiếc xe điện sẽ cần một pin nhỏ hơn, điều này sẽ làm cho nó nhẹ hơn và cho phép nó đi xa hơn chỉ với một lần sạc.
Một chiến lược là thay thế than chì, vật liệu được sử dụng trong bút chì, bằng silicon, nằm ở đâu đó giữa kim loại và phi kim loại.
Điều này không được áp dụng rộng rãi trong pin thương mại hiện nay, một phần vì silicon kém ổn định hơn và thể tích của nó có thể tăng lên đến 300% trong quá trình sạc và xả, Sufu nói. Với silicon bên trong, pin sẽ phải có khả năng sống sót sau những thay đổi mạnh mẽ này hoặc tự sửa chữa.
“Chúng tôi đang cố gắng phát triển pin thế hệ tiếp theo với mật độ năng lượng cao hơn.
Vào tháng 3 năm 2025, một lô nguyên mẫu cảm biến và bộ kích hoạt mới đã được phát triển và vận chuyển đến các đối tác để thử nghiệm trên các tế bào túi pin – pin lithium-ion linh hoạt, nhẹ và phẳng.
Tuy nhiên, trong khi việc tải pin bằng cảm biến là rất tốt để cung cấp thông tin về tình trạng của nó, nó cũng làm tăng chi phí. Do đó, nhóm tập trung vào việc xác định công nghệ nào mang lại đủ lợi ích để biện minh cho chi phí của xe điện.
Bất kỳ phương pháp nào chiếm ưu thế, nó sẽ cho phép xe điện trong tương lai kéo dài hơn và đi xa hơn, với pin an toàn hơn, nhỏ gọn hơn và ít tốn tài nguyên hơn.
Việc kéo dài tuổi thọ pin cũng sẽ làm giảm lượng khí thải carbon của xe điện, mang lại lợi ích cho cả người tiêu dùng và môi trường.
“Thật thú vị khi kéo dài tuổi thọ của pin và làm việc trên xe điện,” Ziegler nói. “Tất cả là về việc kết hợp các bộ phận lại với nhau.”
