Các gói pin xe EV thông thường được tạo thành từ các mô-đun, bên trong chúng chứa các ô pin (có hình dạng bọc, hình lăng trụ hoặc hình trụ). Ngoài ra còn xuất hiện loại pin kết hợp vật liệu cấu trúc với ô pin để loại bỏ nhu cầu về việc sử dụng hộp vỏ mô-đun gây lãng phí không gian.
Các ô pin gồm có một cực dương, một điện giải và bộ phận ngăn cách, và một cực âm. Để hoạt động thì các hạt mang điện tích (ion) cần di chuyển từ cực dương đến cực âm thông qua điện giải khi sạc – và ngược lại khi xả để đưa các electrons di chuyển xung quanh giữa bộ thu thập dòng điện của cực dương và cực âm trong pin.
Có nhiều nguyên liệu khác nhau cấu tạo thành từng bộ phận của viên pin – và sự khác biệt ở mặt cực dương dẫn đến có 3 loại ô pin chính hiện có. Pin Lithium-ion được chia làm hai loại bao gồm loại pin Nickel-manganese-cobalt (NMC) và loại pin Nickel-cobalt-aluminium (NCA). Còn lại là pin Lithium-ferrous-phosphate (LiFePO4)
Pin Nickel -manganese-cobalt (NMC)
Ưu điểm:
- Hiệu suất sạc tốt
- Mật độ năng lượng cao
- Phổ biến trong các mô hình ô tô điện
Nhược điểm:
- Nguy cơ hiệu ứng nhiệt cao
- Tuổi thọ ngắn hơn
- Nguyên liệu không bền vững, đắt đỏ
NMC là loại vật liệu cực dương pin phổ biến nhất được thấy trong các mô hình ô tô điện ngày nay. Ưu điểm chính là mật độ năng lượng cao, lên đến khoảng 250Wh/kg, có nghĩa là nó giúp tăng thêm khoảng cách lái xe bằng cách tăng thêm năng lượng vào thể tích của từng ô pin, trong khi vẫn tiết kiệm được không gian.
Tuy nhiên do đặc tính này, các ô pin NMC có độ ổn định nhiệt thấp hơn và có xu hướng đạt đến ngưỡng nhiệt độ cao sớm hơn. Nó cũng đòi hỏi nguyên liệu đắt đỏ, có hạn chế và không thân thiện với môi trường, bao gồm lithium, cobalt và nickel.
NMC cũng có tuổi thọ ngắn chỉ có thể xử lý khoảng từ 1.000 đến 2.000 chu kỳ sạc đầy ( sạc từ 0 đến 100%) tùy thuộc vào nhà sản xuất. Tuy nhiên, dung lượng cũng có thể giảm xuống khoảng 40% sau 1000 chu kỳ (theo Poworks).
Pin Nickel-cobalt-aluminium (NCA)
Ưu điểm:
- Mật độ năng lượng cao
- Không sử dụng mangan không bền vững
- Hiệu suất sạc tốt
Nhược điểm:
- Nguy cơ hiệu ứng nhiệt cao
- Tuổi thọ ngắn hơn
- Nguyên liệu không bền vững, đắt đỏ
Pin Nickel-cobalt-aluminium (NCA) chủ yếu tương tự như NMC, nhưng thay thế cho mangan không bền vững bằng nhôm bền vững hơn và sử dụng ít cobalt hơn trong cực dương. Vì vậy nó vẫn mang các ưu và nhược điểm tương tự NMC. Tuy nhiên nó không phổ biến như NMC và hiện chỉ được sử dụng trên một số mẫu Tesla.
Giới hạn sạc pin: Các nhà sản xuất khuyến nghị về giới hạn và thói quen sạc pin để duy trì tình trạng pin tốt. VD: Tesla khuyến sạc đều đặn các xe điện được trang bị pin LiFePO4 lên đến 100%, để đảm bảo hệ thống quản lý pin (BMS) hiệu chuẩn do điện áp thấp của LiFePO4, trong khi các mẫu dựa trên pin NMC và NCA nên sạc đến 90% để tránh hiện tượng suy giảm quá mức.
Pin Lithium-ferrous-phosphate (LiFePO4)
Ưu điểm:
- Chi phí sản xuất thấp, phù hợp với xe EV giá rẻ
- Nguy cơ hiệu ứng nhiệt thấp hơn
- Tuổi thọ lâu hơn
Nhược điểm:
- Hiệu suất sạc có nhiệt độ cao hơn
- Mật độ năng lượng thấp hơn
- Vẫn dựa vào Lithium
Pin LiFePO4 đang nhanh chóng xuất hiện trong các mô hình xe điện giá thấp vì chi phí sản xuất rẻ hơn. Nó có lợi vì tuổi thọ lâu hơn, có thể duy trì được hơn 2.000 chu kỳ sạc trước khi bị suy giảm và việc sạc đầy đủ đến 100% không ảnh hưởng quá mức đến độ bền của pin.
Độ ổn định tốt hơn cũng có nghĩa là nó ít dễ xảy ra tình trạng đạt đến ngưỡng nhiệt độ cao (giới hạn xảy ra phản ứng lan truyền nhiệt có nguy cơ gây cháy) khi xảy ra sự cố đoản mạch hay va chạm, do đó, nó an toàn hơn khi hoạt động trong cả môi trường nhiệt độ cực thấp và cực cao.
Tuy nhiên, do LiFePO4 có mật độ năng lượng thấp, khoảng 160Wh/kg, nên phạm vi hoạt động của xe sẽ ít hơn. Nó phù hợp với các mô hình EV hoạt động tập trung trong các thành phố.
Thành phần hóa học của LiFePO4 cũng nhạy cảm hơn với nhiệt độ thấp, dẫn đến có giới hạn đối với sạc nhanh trong thời tiết lạnh. Hơn nữa, LiFePO4 có thể sạc đầy mà không gây hại như pin lithium-ion, tuổi thọ lâu hơn và có thể chịu được nhiều chu kỳ sạc sâu đến 100%.
Vậy loại pin nào mới là tốt?
Như đã đề cập, mỗi loại pin đều có những ưu và nhược điểm nhất định. LiFePO4 phù hợp với các xe giá rẻ và có tuổi thọ lâu hơn, phạm vi hoạt động ngắn hơn, trong khi pin Lithium-ion có hiệu suất sạc nhanh và phạm vi hoạt động lớn hơn. Các chuyên gia đều nhận định trong một vài năm tới pin cho xe EV sẽ được cải tiến đáng kể nâng cao hiệu suất và tuổi thọ hơn.
Quan trọng là hiện tại các nhà sản xuất pin và các nhà sản xuất ô tô đều đã trang bị các biện pháp đảm bảo an toàn, bền bỉ và duy trì tuổi thọ tốt cho pin./.
