Pin thể rắn được kỳ vọng sẽ cách mạng hóa xe điện (EV) với độ an toàn cao hơn, sạc nhanh hơn, phạm vi di chuyển xa hơn và tuổi thọ pin dài hơn so với pin lithium-ion. Tuy nhiên, việc phát triển vật liệu điện phân rắn đáp ứng yêu cầu thương mại vẫn là thách thức. Các nghiên cứu từ Viện Khoa học và Công nghệ Skolkovo, Viện AIRI (Nga) và Viện Max Planck (Đức) đã ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và thiết kế điện cực lưới kim loại để vượt qua rào cản này, mở ra tương lai giao thông bền vững.

Pin thể rắn sử dụng chất điện phân rắn (gốm, oxit, sulfua hoặc polymer) thay cho chất lỏng dễ cháy, mang lại độ ổn định nhiệt cao, giảm nguy cơ cháy nổ và cho phép dùng cực âm lithium kim loại để tăng mật độ năng lượng. Tuy nhiên, việc tìm vật liệu điện phân rắn có độ dẫn ion cao và ổn định hóa học thường tốn thời gian và chi phí lớn khi dùng phương pháp truyền thống. Nghiên cứu trên tạp chí npj Computational Materials cho thấy mạng nơ-ron đồ thị (GNNs) có thể tăng tốc sàng lọc vật liệu nhanh hơn hàng chục lần. Artem Dembitskiy, nghiên cứu sinh tại Skolkovo, cho biết GNNs dự đoán độ dẫn ion và xác định hai lớp phủ bảo vệ mới cho chất điện phân Li10GeP2S12, ngăn đoản mạch do dendrite và cải thiện hiệu suất pin. AI cũng phân tích giao diện điện cực-điện phân, tối ưu hóa thiết kế thông qua học tăng cường, đưa pin thể rắn tiến gần hơn đến ứng dụng thực tiễn.

Song song đó, Viện Max Planck đã phát triển điện cực lưới kim loại thay cho lá phẳng truyền thống. Joachim Spatz, giám đốc viện, giải thích rằng lưới kim loại tạo “đường cao tốc” cho ion lithium, giúp ion di chuyển nhanh gấp 56 lần và tăng dung lượng năng lượng 85% nhờ điện cực dày hơn. Phương pháp này sử dụng bột khô, loại bỏ dung môi độc hại, giảm chi phí sản xuất 30-40%. Công nghệ lưới kim loại cải thiện tốc độ sạc, tăng độ bền và tính bền vững, đồng thời làm xe điện hợp túi tiền hơn.

Pin thể rắn mang lại nhiều lợi ích: an toàn hơn nhờ loại bỏ nguy cơ cháy nổ, phạm vi di chuyển tăng 50% (750-1,000 km mỗi lần sạc), sạc đầy trong 5-10 phút và tuổi thọ lên đến 30 năm với 6,000 chu kỳ sạc/xả. Chúng cũng giảm phụ thuộc vào cobalt và nickel, hạn chế tác động môi trường từ khai thác. Tuy nhiên, chi phí sản xuất cao (cell 20 Ah từng tốn 100,000 USD), độ bền cơ học của chất điện phân rắn và khó khăn trong mở rộng quy mô vẫn là thách thức. AI và lưới kim loại giúp giảm chi phí và thời gian phát triển, nhưng cần đầu tư lớn vào cơ sở hạ tầng sản xuất.

Các công ty như Toyota, Volkswagen (hợp tác với QuantumScape) và Honda đặt mục tiêu thương mại hóa pin thể rắn vào 2027-2028, với Toyota nhắm đến phạm vi 1,000 km và sạc 10 phút. Ở Mỹ, Đạo luật Giảm Lạm Phát cung cấp tín dụng thuế 7,500 USD cho xe điện mới và 4,000 USD cho xe cũ, nhưng chính sách này sẽ kết thúc vào 30/9/2025. Kết hợp xe điện với năng lượng mặt trời tại nhà giúp tiết kiệm chi phí và giảm phát thải carbon, hỗ trợ mục tiêu trung hòa carbon vào 2050.

Dù pin thể rắn chưa sẵn sàng cho thị trường đại trà, AI và công nghệ lưới kim loại đang đẩy nhanh tiến độ. Các thách thức về chi phí và sản xuất cần được giải quyết, nhưng những đột phá này hứa hẹn xe điện an toàn hơn, mạnh hơn và rẻ hơn, giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và hướng tới tương lai sạch hơn.

T.P (NASTIS), theo Nature Reviews Materials, 7/2025