Nhật Bản phát triển pin thế hệ mới, giảm chi phí, khắc phục hạn chế chuỗi cung ứng

Kẽm đang nổi lên như một “ứng cử viên” cho pin thế hệ tiếp theo khi các công ty lớn của Nhật Bản như Sharp và FDK thử nghiệm các sản phẩm sử dụng kim loại để giảm chi phí so với pin lithium-ion thông thường.

Sharp đang nghiên cứu pin kẽm-không khí, bên trái và chất điện phân trong đó các hạt kẽm được phân tán. (Nguồn: Nikkei)

Hãng điện tử Sharp đang phát triển pin sạc kẽm-không khí và dự kiến thử nghiệm vào năm tài chính 2025. Loại pin này có mật độ năng lượng trên một đơn vị thể tích tương tự nhưng tuổi thọ sử dụng là khoảng 20 năm, gấp đôi so với pin lithium-ion.

Kẽm thường sử dụng trong điện cực âm của pin kiềm dùng một lần, nhưng nguyên tố này phần lớn không được sử dụng trong pin sạc, do việc sạc và xả liên tục sẽ hình thành các tinh thể trên các điện cực dẫn đến đoản mạch.

Pin kẽm-không khí mới của Sharp có các tế bào (cells) sạc và xả riêng biệt, giúp giảm khả năng đoản mạch bất chấp việc hình thành các tinh thể. Công ty đặt mục tiêu sử dụng công nghệ này trong các loại pin lưu trữ cố định để lưu trữ năng lượng dư thừa từ năng lượng Mặt trời, gió và các nguồn năng lượng tái tạo khác.

Nhiều nhà sản xuất thiết bị điện tử đã cố gắng phát triển pin kẽm có thể sạc lại vào nửa cuối thế kỷ XX nhưng không vượt qua được rào cản công nghệ. Cạnh tranh gần đây về công nghệ pin mới do lo ngại về chuỗi cung ứng đã thúc đẩy mối quan tâm về kẽm.

Pin lithium-ion sử dụng các kim loại quý như lithium, coban và niken. Mỗi kim loại đều có những hạn chế xuất phát từ mức dự trữ toàn cầu chung hoặc dự trữ tập trung ở một số quốc gia. Giá cả cũng biến động do nhu cầu tăng cao từ sự phổ biến ngày càng tăng của xe điện. Trong khi đó, kẽm là kim loại cơ bản có trữ lượng lớn và chi phí mua sắm thấp. Đại diện hãng Sharp cho biết, nếu pin kẽm- không khí của hãng được thương mại hóa thì giá có thể sẽ rẻ hơn pin lithium-ion.

Một nhà sản xuất pin khác của Nhật Bản là FDK hiện đang phát triển pin niken-kẽm sử dụng niken hydroxit cho điện cực dương và kẽm cho điện cực âm. Tháng 11/2023, công ty cho biết loại pin này có thể duy trì khoảng 60% công suất sau khi trải qua 1.000 chu kỳ sạc và xả. FDK hiện có ý định tăng gấp ba công suất sản xuất lên 30.000 viên pin mỗi tháng vào cuối năm tài chính 2024.

FDK cho biết, pin niken-kẽm của họ dự kiến được sử dụng để khởi động động cơ ô tô hoặc làm nguồn điện dự phòng.

Trên phương diện nghiên cứu, các nhà khoa học cũng đang phát triển công nghệ để giảm chi phí sản xuất. Giáo sư Takeshi Abe của Đại học Kyoto phát triển một loại pin kẽm sử dụng vật liệu gốc mangan, rẻ hơn niken, làm điện cực dương. Ông đặt mục tiêu đưa công nghệ này vào sử dụng trong pin xe điện vào giữa những năm 2030 và kỳ vọng giảm chi phí sản xuất chỉ bằng 50% so với các mẫu pin lithium-ion.