Trong nhiều năm qua, phạm vi hoạt động luôn được xem là rào cản lớn nhất ngăn cản quá trình phổ cập xe điện trên toàn cầu. Dù công nghệ pin liên tục được cải thiện, quãng đường di chuyển của các mẫu xe điện hiện đại ngày càng dài hơn và hệ thống trạm sạc được mở rộng với tốc độ nhanh chóng, tâm lý lo ngại về việc hết pin giữa hành trình vẫn chưa hoàn toàn biến mất.
Chính vì vậy, bất kỳ công nghệ nào có khả năng tạo ra bước nhảy vọt về mật độ năng lượng đều nhanh chóng thu hút sự chú ý của toàn ngành. Mới đây, CATL, nhà sản xuất pin xe điện lớn nhất thế giới, đã chính thức xác nhận việc đưa pin lithium-air vào lộ trình nghiên cứu chiến lược dài hạn, mở ra viễn cảnh về một thế hệ pin có thể thay đổi hoàn toàn cách con người sử dụng phương tiện giao thông chạy điện.
Theo thông tin được công bố tại Diễn đàn Phát triển Năng lượng Toàn quốc năm 2026 của Trung Quốc, ông Ngô Khải, nhà khoa học trưởng của CATL, cho biết pin lithium-air là một trong những hướng phát triển quan trọng nhất đối với ngành pin động lực trong tương lai. Dù công nghệ này vẫn còn khá xa mới có thể bước vào giai đoạn sản xuất hàng loạt, những kết quả nghiên cứu hiện nay cho thấy tiềm năng vượt xa các công nghệ pin đang được sử dụng.
Điểm khiến pin lithium-air trở nên đặc biệt nằm ở mật độ năng lượng lý thuyết lên tới 12.000Wh/kg. Con số này gây ấn tượng mạnh khi đặt cạnh các loại pin lithium-ion thương mại hiện nay vốn chỉ dao động quanh mức 250-270Wh/kg. Ngay cả pin thể rắn, công nghệ được xem là thế hệ kế nhiệm của pin lithium-ion, cũng mới đặt mục tiêu vượt ngưỡng 500Wh/kg trong các giai đoạn phát triển tiếp theo.
Nếu so sánh đơn thuần về lý thuyết, pin lithium-air sở hữu khả năng lưu trữ năng lượng cao hơn hàng chục lần so với các bộ pin đang được sử dụng trên xe điện hiện nay. Khoảng cách này lớn đến mức nhiều chuyên gia ví đây là một bước chuyển đổi mang tính thế hệ, tương tự như sự khác biệt giữa điện thoại phổ thông và điện thoại thông minh.
Không chỉ vượt trội về khả năng lưu trữ năng lượng, cấu trúc hoạt động của pin lithium-air cũng hoàn toàn khác với pin lithium-ion truyền thống. Thay vì phụ thuộc vào các vật liệu như niken, coban hoặc mangan để thực hiện phản ứng điện hóa, công nghệ mới sử dụng lithium kim loại làm cực âm và khai thác oxy trực tiếp từ không khí làm thành phần phản ứng ở cực dương.
Nhờ cơ chế này, cấu trúc pin có thể được đơn giản hóa đáng kể, đồng thời giảm nhu cầu sử dụng các nguyên liệu quý hiếm. Điều đó không chỉ tạo điều kiện nâng cao mật độ năng lượng mà còn mở ra cơ hội giảm chi phí sản xuất và giảm trọng lượng của bộ pin trong tương lai.
Những lợi ích tiềm năng là rất lớn. Với cùng kích thước và trọng lượng như hiện nay, một bộ pin lithium-air có thể lưu trữ lượng điện năng lớn hơn nhiều lần. Ngược lại, nếu giữ nguyên phạm vi hoạt động, nhà sản xuất có thể thu nhỏ đáng kể kích thước bộ pin, giúp xe nhẹ hơn, tối ưu không gian nội thất và cải thiện hiệu quả vận hành.
Dù vậy, công nghệ này không còn chỉ tồn tại trên giấy. Năm 2025, Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne của Mỹ cùng Viện Công nghệ Illinois đã công bố một nguyên mẫu pin lithium-air đạt mật độ năng lượng thực tế khoảng 1.200Wh/kg. Nguyên mẫu này cũng được cho là có khả năng hoạt động ổn định trong hơn 1.000 chu kỳ sạc xả và duy trì hiệu suất ở điều kiện nhiệt độ phòng.
Mặc dù còn cách khá xa mức lý thuyết 12.000Wh/kg, kết quả trên vẫn được xem là cột mốc quan trọng bởi nó đã vượt xa hiệu suất của hầu hết các loại pin thương mại đang hiện diện trên thị trường. Điều đó cho thấy công nghệ lithium-air có nền tảng thực tế để tiếp tục phát triển trong những năm tới.
Nếu những đột phá tiếp theo xuất hiện và công nghệ được thương mại hóa thành công, ngành xe điện có thể bước sang một giai đoạn hoàn toàn mới. Các dự báo được đưa ra cho thấy xe điện tương lai hoàn toàn có khả năng đạt phạm vi hoạt động vượt 1.600km chỉ sau một lần sạc. Khi đó, những chuyến đi xuyên tỉnh hoặc xuyên quốc gia sẽ không còn phụ thuộc nhiều vào mạng lưới trạm sạc như hiện nay.
Tuy nhiên, con đường đi đến sản xuất hàng loạt vẫn còn nhiều thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là sự ảnh hưởng của hơi nước và khí CO₂ trong không khí đối với phản ứng hóa học bên trong pin. Những yếu tố này có thể làm giảm độ ổn định, ảnh hưởng đến tuổi thọ cũng như độ an toàn của hệ thống lưu trữ năng lượng.
Bên cạnh đó, các nhà nghiên cứu vẫn cần giải quyết hàng loạt bài toán liên quan đến vật liệu điện cực, khả năng bảo vệ hệ thống, hiệu suất dài hạn và chi phí sản xuất quy mô lớn. Đây đều là những rào cản kỹ thuật mà bất kỳ công nghệ pin mang tính đột phá nào cũng phải vượt qua trước khi được ứng dụng rộng rãi.
Dẫu vậy, việc CATL chính thức đưa pin lithium-air vào chiến lược nghiên cứu dài hạn được xem là tín hiệu đáng chú ý đối với toàn ngành. Với kinh nghiệm thương mại hóa thành công nhiều công nghệ mới trước đây như pin natri-ion hay pin Qilin, nhà sản xuất Trung Quốc đang cho thấy họ không chỉ hướng đến thế hệ pin kế tiếp mà còn nhắm tới mục tiêu tạo ra nền tảng năng lượng hoàn toàn mới cho ngành giao thông điện hóa.
Nếu các nút thắt kỹ thuật được tháo gỡ trong thập niên 2030, pin lithium-air có thể trở thành bước tiến mang tính cách mạng, đưa xe điện tiến gần hơn bao giờ hết tới hiệu suất sử dụng của xe chạy xăng, đồng thời mở ra một chương mới cho cuộc đua năng lượng sạch trên toàn cầu.
Tham khảo: QCTT
Đức Khương
