Động cơ điện trong xe điện (EV) được cung cấp năng lượng bởi công nghệ pin tiên tiến. Nhiều loại pin, mỗi loại có những ưu điểm và hạn chế riêng, thường được sử dụng trong xe điện [22]. Dưới đây là một số loại pin EV phổ biến nhất.
Pin Axit Chì
Tuổi thọ của pin Axit Chì (LA) thay đổi tùy theo loại pin và mức độ sử dụng. Tuy nhiên, một pin Axit Chì (LA) tiêu chuẩn có thể kéo dài từ ba đến năm năm. Pin Axit Chì (LA) có thể tái chế và có thể được tái chế tới 99%. Việc tái chế pin Axit Chì (LA) giúp bảo tồn tài nguyên chì và giảm thiểu ô nhiễm môi trường [23]. Do phải xử lý các chu kỳ xả sâu (DoD) cao, pin Axit Chì (LA) nặng hơn và kém bền hơn so với các hệ thống pin niken (Ni) và Lithium (Li) (sử dụng một phần đáng kể dung lượng của chúng) [24].
Pin gốc Niken
Niken Cadimi
Để chế tạo pin niken Cadimi (Ni-Cd), vật liệu hoạt tính được lắng đọng bên trong một điện cực mạ niken xốp. Ni-Cd hấp thụ các khí thải ra trong quá trình phóng điện, mang lại nhiều lợi ích so với pin LA. Pin Ni-Cd có tuổi thọ chu kỳ pin tuyệt vời và hồng ngoại (IR) cao. Ngày nay, pin Ni-Cd là loại pin tốt nhất để sử dụng với các thiết bị điện tử cầm tay.
Niken-Hydrua Kim loại
Do sử dụng hydro được thêm vào hợp kim kim loại thay vì cadimi ở điện cực âm, pin niken-hydrua kim loại (Ni-MH) được coi là phiên bản cải tiến của pin Ni-Cd. Để tránh rò rỉ hydro, pin Ni-MH được giữ kín liên tục [28]. Trong pha hydrua rắn của hợp kim, loại pin này lưu trữ năng lượng điện. Loại pin này có hiệu suất năng lượng 70–90% [29]. Sau 200–300 chu kỳ, hiệu suất của pin Ni-MH bắt đầu giảm. Hơn nữa, nó ít bị ảnh hưởng bởi “hiệu ứng bộ nhớ” hơn Ni-Cd. Pin Ni-MH dễ bị sạc quá mức hơn pin Ni-Cd do khả năng sinh nhiệt cao hơn. Pin không chịu được sạc quá mức, do đó, chế độ sạc nhỏ giọt được ưu tiên hơn [30].
3. Pin Lithium-Ion
Hiện nay, đây là một trong những loại pin phổ biến và được sử dụng rộng rãi nhất trong xe điện. Việc sử dụng rộng rãi chúng trong các xe điện bán chạy nhất như Nissan Leaf và Tesla Model S có thể được lý giải là do tính phổ biến của chúng [22]. Những loại pin này sử dụng muối lithium làm chất điện phân, cung cấp các ion cần thiết cho catốt và anot tham gia vào phản ứng điện hóa thuận nghịch. Pin Lithium-Ion (Li-ion) có ưu điểm là chu kỳ nạp và xả thường xuyên, khả năng nạp cao hơn và hồng ngoại thấp. Hơn nữa, hiệu ứng bộ nhớ giảm đã được chứng minh [31]. Lithium, sở hữu điện thế điện hóa cao và khối lượng tương đương nhỏ nhất, cho phép sạc nhanh và mật độ năng lượng cao. Pin Li-ion, có thể được sản xuất với giá cả phải chăng và phổ biến rộng rãi, có tuổi thọ hữu hạn. Việc vận hành trong một phạm vi nhiệt độ và điện áp nhất định là cần thiết để đảm bảo an toàn và độ tin cậy. Khi chất điện phân bắt đầu bị phân hủy ở 150 ∘C, việc vượt quá các ngưỡng này có thể khiến hiệu suất của pin giảm mạnh và có thể gây ra mối đe dọa đến an toàn. Tất cả các máy bay Boeing 787 Dreamliner đã bị đình chỉ bay vào năm 2013 do một số lượng lớn người tử vong do sự cố của bộ pin Li-ion. Một thảm họa chết người đã xảy ra do đường dẫn nhiệt trong một cell pin lan sang nửa còn lại của pin [32]. Một đứa trẻ 7 tuổi đã thiệt mạng ở Palghar, Ấn Độ, sau khi pin xe tay ga điện bị nổ, theo báo cáo trên tờ Economics Times vào ngày 22 tháng 10. Nhiều sự cố tương tự liên tục được báo cáo từ khắp nơi trên thế giới. Những vấn đề như vậy cần được giải quyết.
4. Pin gốc Natri
Các nhà nghiên cứu đã phát triển thành công hai loại pin natri-beta, cụ thể là pin lưu huỳnh (S) và pin natri clorua kim loại (NCl2). Các loại pin này có khả năng hoạt động trong điều kiện rất nóng, từ 230 đến 350 ∘C [2]. Pin có chất điện phân gốm rắn và điện cực lỏng nóng chảy, đây là những đặc điểm chính giúp tăng cường chức năng của chúng. Pin Na/S và natri clorua kim loại có nhiều điểm tương đồng [33]. Phần lớn các vấn đề an toàn liên quan đến pin Na/S đã được giải quyết, nếu không muốn nói là loại bỏ hoàn toàn, nhờ công nghệ này. Niken và sắt clorua được sử dụng riêng biệt trong sản xuất pin natri/niken clorua và pin natri/sắt clorua.
5. Pin Kim loại-Không khí
Không khí đóng vai trò là catốt trong pin kim loại-không khí, trong khi vật liệu kim loại đóng vai trò là anot trong loại pin này. Các kim loại như Zn, Al, Fe, Mg và Ca được sử dụng làm vật liệu anot [35]. Trong pin nhôm-không khí (Al-không khí), Al phản ứng với H2O và O2 từ khí quyển để tạo ra nhôm hydroxit, giải phóng năng lượng điện [36]. Pin kẽm-không khí, có điện cực dương xốp phản ứng với chất điện phân, có cấu trúc tương tự như vậy. Chất điện phân là chất lỏng kiềm. Điện cực âm được cấu tạo hoàn toàn bằng kẽm rắn. Xét đến mật độ năng lượng khái niệm cao hơn (1353 Wh/kg ngoài oxy), chi phí rẻ (100 đô la/KWh) và tính an toàn vốn có, pin kẽm-không khí đặc biệt hấp dẫn [37, 38].
6. Pin thể rắn
Pin thể rắn (SSB) sử dụng chất điện phân rắn (bao gồm chất điện phân polyme rắn, chất điện phân rắn vô cơ, hoặc hỗn hợp của chúng) [39]. Để đạt được mật độ năng lượng và độ ổn định cao hơn, lithium được sử dụng làm kim loại anot trong SSB. Chất điện phân rắn hoạt động như một môi trường truyền ion [40]. Tuy nhiên, nó đặt ra một thách thức thực tế đối với xe điện (EV) do độ columbic thấp và vòng đời ngắn hơn (1000 chu kỳ) [41]. Những trở ngại chính ở đây là giữ chất điện phân rắn và điện cực gần nhau, cũng như cho phép và duy trì độ dẫn ion đầy đủ trong các thành phần khác nhau của pin.
Nguồn tham khảo:
