Trong bối cảnh cuộc cách mạng xe điện (EV) đang diễn ra mạnh mẽ, các nhà sản xuất ô tô toàn cầu đang chạy đua để vượt qua những hạn chế của pin lithium-ion truyền thống, như mật độ năng lượng thấp, chi phí cao và phụ thuộc vào vật liệu hiếm. Nissan, một trong những ông lớn Nhật Bản, nổi bật với các nghiên cứu đột phá nhằm nâng cao hiệu suất pin. Mới đây, hai bằng sáng chế của hãng được tiết lộ, tập trung vào công nghệ pin lithium-oxygen (Li-O2), hứa hẹn mang lại mật độ năng lượng vượt trội, giúp xe điện di chuyển xa hơn mà không cần pin lớn hơn. Công nghệ này không chỉ giải quyết vấn đề tầm xa mà còn góp phần giảm ô nhiễm môi trường, phù hợp với xu hướng chuyển đổi năng lượng xanh toàn cầu.

Pin lithium-oxygen, còn gọi là lithium-air, hoạt động dựa trên phản ứng hóa học giữa lithium và oxy từ không khí, tạo ra lithium peroxide (Li2O2) trong quá trình xả và đảo ngược khi sạc. Lý thuyết cho thấy loại pin này có mật độ năng lượng lên đến 3.500 Wh/kg, cao gấp 5-10 lần so với pin lithium-ion hiện tại (khoảng 250-300 Wh/kg), cho phép xe điện đạt tầm xa hơn 1.000 km chỉ với một lần sạc. Tuy nhiên, thách thức lớn là tuổi thọ ngắn do phản ứng phụ với không khí (như CO2 và hơi nước gây ô nhiễm), lãng phí năng lượng dưới dạng nhiệt, và suy giảm nhanh chóng sau vài chu kỳ sạc-xả. Các nghiên cứu trước đây từ IBM hay Toyota đã gặp khó khăn tương tự, khiến công nghệ này chưa thể thương mại hóa.

Nissan đang vượt qua những rào cản này thông qua hai bằng sáng chế mới. Bằng sáng chế đầu tiên mô tả một thiết kế pin kín, nơi điện cực dương được cấu tạo từ lớp lithium oxide kết hợp với chất xúc tác và polymer dạng gel. Lớp gel này giúp ổn định phản ứng, giảm thiểu lãng phí nhiệt và ngăn chặn sự phân hủy sớm của pin. Không giống các hệ thống lithium-air mở sử dụng oxy từ không khí, thiết kế kín của Nissan sử dụng oxy nội tại, giảm nguy cơ ô nhiễm từ môi trường bên ngoài. Điều này cải thiện hiệu suất chu kỳ sạc-xả, có thể đạt hàng trăm lần mà không mất dung lượng đáng kể, so với chỉ vài chục lần ở các thử nghiệm trước.

Bằng sáng chế thứ hai tập trung vào việc tối ưu hóa điện cực bằng lớp phủ polymer phân nhánh. Trong quá trình sạc, pin lithium-oxygen thường sản sinh khí oxy dư thừa, dẫn đến mất dung lượng vĩnh viễn và giảm hiệu quả. Lớp phủ polymer này hoạt động như một "bẫy" khí, giữ oxy giữa lithium oxide và polymer, ngăn chúng thoát ra ngoài. Đồng thời, polymer còn dẫn điện tử, duy trì dòng điện ổn định. Nissan cho rằng giải pháp này cho phép pin sạc gần đạt dung lượng lý thuyết, tăng mật độ năng lượng thực tế lên gấp đôi lithium-ion. Các chuyên gia nhận định đây là bước tiến sáng tạo, kết hợp hóa học hữu cơ với vật liệu nano để giải quyết vấn đề cốt lõi.

Công nghệ này hòa hợp với chiến lược dài hạn của Nissan về pin thể rắn (solid-state batteries - SSB). Hãng dự kiến sản xuất thử nghiệm SSB từ năm 2025 tại Yokohama, Nhật Bản, và thương mại hóa vào năm 2028-2029 lien he kubet SSB sử dụng chất điện phân rắn thay vì lỏng, tăng mật độ năng lượng 2-3 lần, sạc nhanh hơn (10 phút cho 80% dung lượng) và an toàn hơn do không cháy nổ. Pin lithium-oxygen có thể tích hợp vào SSB, tạo ra thế hệ pin lai với ưu điểm kép: mật độ cao từ lithium-oxygen và độ bền từ chất rắn. Nissan đã hợp tác với LiCAP Technologies để phát triển quy trình sản xuất điện cực SSB, giảm chi phí và tăng quy mô.

So sánh với đối thủ, Toyota cũng đang đầu tư mạnh vào lithium-air và SSB, với mục tiêu thương mại hóa năm 2027, nhưng gặp thách thức về chi phí. Tesla tập trung vào pin 4680 với silicon anode, tăng mật độ 20-30%, nhưng chưa đạt mức lithium-oxygen. Nissan nổi bật nhờ tập trung vào giảm phụ thuộc cobalt và nickel, sử dụng vật liệu rẻ hơn như lithium oxide, góp phần giảm giá thành EV xuống dưới 20.000 USD. Tuy nhiên, thách thức còn lại là sản xuất hàng loạt, vì quy trình hiện tại đòi hỏi môi trường chân không và vật liệu tinh khiết cao.

Với hai bằng sáng chế lithium-oxygen, Nissan không chỉ giải quyết bài toán tầm xa cho xe điện mà còn khẳng định vị thế dẫn đầu trong công nghệ pin tương lai. Những đột phá này hứa hẹn mang lại EV giá rẻ, thân thiện môi trường, thúc đẩy chuyển đổi toàn cầu sang năng lượng sạch. Dù cần thêm thời gian để hoàn thiện, các nghiên cứu của Nissan mở ra hy vọng cho ngành ô tô, nơi pin không còn là rào cản mà trở thành động lực tăng trưởng. Nếu thành công, hãng có thể cạnh tranh sòng phẳng với Tesla và Toyota, góp phần vào mục tiêu carbon trung tính vào năm 2050.

P.T (NASTIS), theo TopSpeed., 10/2025 nha cai kubet