Cấu tạo và hoạt động của pin Lithium-ion trong xe ô tô điện

Pin di động đã trở thành thứ không thể thiếu trong thế giới công nghệ hiện đại. Đặc biệt là pin Lithium-ion, được sử dụng cho các thiết bị như: điện thoại, máy tính, máy chụp hình… Hiện nay, pin Lithium còn được phát triển trên những ứng dụng phương tiện di chuyển chạy bằng điện như: xe đạp điện, xe máy điện, ô tô điện,… hoặc kỹ thuật ở các ngành hàng không, quân đội,…

Động cơ sử dụng pin Lithium-ion là động cơ cảm ứng điện. Trong hầu hết các khía cạnh kỹ thuật, động cơ cảm ứng vượt trội hơn nhiều so với động cơ đốt trong. Động cơ cảm ứng hoạt động mạnh mẽ hơn và giá thành rẻ hơn so với động cơ đốt trong. Một bất lợi lớn của động cơ đốt trong là chỉ có thể sản xuất được mô men xoắn chỉ có thể sử dụng trong một quãng ngắn với một vòng quay của động cơ. Dựa vào những điểm trên thì động cơ cảm ứng là sự lựa chọn tốt nhất cho xe hơi. Tuy nhiên nguồn điện cung cấp cho động cơ cảm ứng đang là khó khăn lớn. Pin Lithium-ion với các cell Lithium-ion đã giải quyết được vấn đề này.

Vậy pin Lithium-ion là gì?

Pin Lithium-ion hay còn gọi là pin Li-on, viết tắt LIB. Đây là công nghệ pin tiên tiến có ion lithium là thành phần chính, điều đặc biệt là loại pin này có thể sạc được.

4 loại hình dạng của Lithium-ion:

  • Hình trụ nhỏ.
  • Hình trụ lớn.
  • Hình phẳng (dạng túi).
  • Hình lăng trụ.

Các loại pin Lithium-ion:

  • Lithium-Cobalt Oxide.
  • Lithium-Titanate: Dùng cho ô tô điện, xe đạp, xe tay ga, motor.
  • Lithium-Nickel Mangan Cobalt Oxide.
  • Lithium-Mangan Oxit.
  • Lithium-Iron Phosphate.

Cấu tạo của pin Lithium-ion: bao gồm 1 cực dương, 1 cực âm, bộ phân tách, chất điện phân và 2 bộ thu dòng điện.

Nguyên lý hoạt động của pin Lithium-ion:

Trong quá trình nạp, ion Lithium được giải phóng khỏi điện cực dương. Lúc này ion Lithium sử dụng chất điện phân làm môi trường truyền dẫn, thẩm thấu xuyên qua lớp ngăn cách và gắn vào bản cực âm.

Trong quá trình xả, ion Lithium được giải phóng ra khỏi bản cực âm. Ion Lithium sử dụng chất điện phân làm môi trường dẫn, thẩm thấu xuyên qua lớp ngăn cách và quay về lại bản cực dương.

So sánh Pin Lithium-ion và Ắc quy chì axit:

Pin Lithium-ion Ắc quy chì axit
Độ bền Khoảng 4 – 5 năm Khoảng 4 – 5 năm
Mật độ năng lượng sạc – xả 20Wh/kg, chịu được dòng xả lớn dạng xung (trong thời gian ngắn) và chịu tải cao. 32Wh/kg, chỉ chịu được dòng xả nhỏ và khả năng chịu tải kém.
Thời

gian sạc

  • Nhanh, 3-4h, thậm chí vài phút.
  • Sử dụng hết pin (xả), không lo hỏng pin sau một thời gian sử dụng.
  • Chậm, 6-8h.
  • Nếu bị xả quá 50% mà không được sạc đầy thì ắc quy dễ bị hỏng sau 1-2 tháng sử dụng.
  • Nếu bị xả tới tận đáy sẽ xuất hiện PbSO4 gây hỏng bản cực và chết.
Khối lượng Nhẹ, khoảng 3-4kg Nặng, 12-15kg
Khả năng chống nước Không
Khả năng chống cháy nổ Cao Thấp
Ảnh hưởng môi trường Ít, vì được cấu tạo bởi những cell pin rắn lithium, không có chì hoặc axit.

Nhiều, vì được cấu tạo bởi chì và axit.

Pin Lithium-ion trên ô tô điện VinFast:

VinFast VF e34:

  • Dung lượng 42kWh.
  • Quãng đường di chuyển: 285km.
  • Chế độ sạc thường mất khoảng 8-10h, sạc nhanh ở trụ sạc công cộng: 18 phút cho 180km.

VinFast VF 8:

  • Dung lượng 82kWh.
  • Quãng đường di chuyển: Eco: 420km – 471km; Plus: 400km – 447km.
  • Sạc nhanh: 24-31 phút. – VinFast VF 9.
  • Dung lượng 82kWh.
  • Quãng đường di chuyển: Eco: 438km – 594km; Plus: 423km – 580km.
  • Sạc nhanh: 24-31 phút.