Mới đây, các công ty Nhật Bản đã phát triển thành công một loại vật liệu mới có khả năng kéo dài đáng kể tuổi thọ của pin thể rắn. Đây được kỳ vọng sẽ trở thành công nghệ mới cho pin thế hệ tiếp theo.

Koike, một công ty con của công ty tài chính Orix, đã phối hợp với Viện Khoa học và công nghệ công nghiệp tiên tiến quốc gia (AIST) để sản xuất vật liệu đơn tinh thể có thể sử dụng làm chất điện phân trong pin thể rắn.

Chất điện phân là môi trường trong đó các ion của pin di chuyển giữa các điện cực, cho phép pin sạc và xả. So với các vật liệu đa tinh thể được sử dụng trong pin thể rắn thông thường, vật liệu mới này làm giảm 90% điện trở, giúp dòng điện đi qua pin dễ dàng hơn và từ đó kéo dài tuổi thọ của pin.

Pin thể rắn thường sử dụng trong các thiết bị y tế như máy điều hòa nhịp tim, đồng hồ thông minh và các thiết bị đeo khác. Tuổi thọ pin của máy điều hòa nhịp tim được ước tính từ 5 - 10 năm, nhưng công nghệ mới có thể kéo dài tuổi thọ của pin lên 50 năm.

Các tinh thể đơn lớn thường rất khó sản xuất. Tuy nhiên, với công nghệ sản xuất trong lĩnh vực kinh doanh bán dẫn chủ đạo của mình, Koike đã thành công trong việc phát triển các tinh thể đơn chất lượng cao với đường kính 25 mm cho pin. Công ty sẽ sớm bắt đầu phân phối mẫu cho các nhà sản xuất pin, hướng tới sản xuất hàng loạt trong khoảng thời gian 2027 - 2028 khi liên minh với các nhà sản xuất và thành lập liên doanh.

Koike hiện đang hợp tác với AIST Solutions, một công ty con thuộc sở hữu của AIST, để nghiên cứu các cách để tăng dung lượng pin bằng các phương pháp như cải tiến vật liệu sử dụng cho cực âm và tăng kích thước. Khi công suất tăng lên, các ứng dụng có thể mở rộng sang ô tô.

Pin lithium-ion thường sử dụng chất điện phân lỏng. Nếu bị hư hỏng, có nguy cơ đoản mạch dẫn đến quá nhiệt và cháy. Pin thể rắn có khả năng chống sốc cao và không bắt lửa ngay cả ở nhiệt độ cao nên cực kỳ an toàn. Hiện Toyota Motor và tập đoàn năng lượng Idemitsu Kosan đang phát triển loại pin thể rắn sử dụng sunfua làm chất điện phân nhưng vật liệu đơn tinh thể mới được coi là an toàn hơn.

Theo Emergen Research của Canada, thị trường pin thể rắn toàn cầu ước tính trị giá khoảng 600 triệu USD vào năm 2021 và dự kiến sẽ tăng lên 10,1 tỷ USD vào năm 2030. Công nghệ này hiện đang được sử dụng trong xe điện và các thiết bị điện tử yêu cầu khả năng chịu nhiệt.