Theo Interesting Engineering, pin lithium-ion đang thống trị thị trường xe điện nhờ nhiều thập kỷ phát triển, chi phí giảm và hệ sinh thái sản xuất ngày càng hoàn thiện. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu và công ty pin đang tìm kiếm giải pháp thay thế có thể giảm phụ thuộc vào lithium và những vật liệu quan trọng khác, nâng cao độ an toàn hoặc cung cấp mật độ năng lượng nhiều hơn. Một số công nghệ pin đang trong giai đoạn thử nghiệm hoặc bắt đầu được sản xuất có tiềm năng thay đổi tương lai của xe điện.
Pin natri-ion là giải pháp thay thế gần với pin lithium-ion nhất hiện nay và đang tiến tới thương mại hóa rộng rãi hơn. Loại pin này hoạt động theo nguyên lý tương tự nhưng thay thế lithium bằng natri, nguyên tố dồi dào có sẵn.
Một số nhà sản xuất lớn như CATL hoặc BYD đang mở rộng công nghệ và xe điện chạy bằng pin natri-ion đã xuất hiện tại Trung Quốc. Điểm hạn chế của pin natri-ion là mật độ năng lượng thấp hơn các loại pin khác. Tế bào pin natri-ion mới nhất có thể đạt mức 175 Wh/kg (watt giờ trên mỗi kilogram), kém hơn mức 205 Wh/kg của pin LFP (lithium sắt phosphate) hoặc 265 Wh/kg của pin NMC (nickel mangan coban). Do đó, nó phù hợp hơn với dòng xe điện nhỏ, phương tiện đô thị và ứng dụng thương mại không đòi hỏi phạm vi tối đa ấn tượng.
Pin thể rắn thay thế chất điện giải lỏng dễ cháy trong tế bào pin lithium-ion thông thường bằng vật liệu rắn. Công nghệ này hứa hẹn cải thiện độ an toàn và đạt hiệu suất năng lượng vượt trội, đặc biệt nếu kết hợp với cực âm từ kim loại lithium tinh khiết.
Theo Eureka, cách kết hợp này có thể giải quyết vấn đề đoản mạch, từ đó khai thác tối đa mật độ năng lượng cực cao, giúp xe điện chạy quãng đường dài hơn mà không làm tăng đáng kể kích thước hoặc trọng lượng pin. Tuy nhiên, tế bào pin thể rắn vẫn đắt đỏ và khó sản xuất ở quy mô lớn. Các nhà nghiên cứu cần tìm cách chứng minh lợi thế của chúng trong bộ pin xe điện sản xuất hàng loạt.
Pin lithium-lưu huỳnh có thể mang lại bước nhảy vọt lớn về mật độ năng lượng, trở thành lựa chọn hấp dẫn cho xe điện chạy đường dài và phương tiện giao thông cỡ lớn. Lưu huỳnh rất rẻ và dồi dào.
Eureka cho biết pin lithium-lưu huỳnh có thể lưu trữ năng lượng nhiều gấp 3-5 lần pin lithium-ion thông thường ở cùng trọng lượng. Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) nhận định đây là một trong những công nghệ pin mới nổi hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích cho ứng dụng đòi hỏi mật độ năng lượng cao như xe tải, tàu thuyền và máy bay điện. Rào cản lớn cần vượt qua để thương mại hóa pin lithium-lưu huỳnh là các thiết kế hiện nay có tuổi thọ hạn chế, chi phí cao và tác động đến môi trường.
Pin magie-ion thay thế lithium bằng magie. Mỗi ion có thể truyền hai electron thay vì một như lithium, cho phép lưu trữ mức năng lượng đáng kể. Magie cũng có sẵn hơn, giúp giảm áp lực lên chuỗi cung ứng lithium. Vấn đề nằm ở chỗ ion magie tương tác mạnh với vật liệu pin, khiến việc phát triển các điện cực và chất điện giải có thể sạc và xả hiệu quả qua nhiều chu kỳ lặp lại trở nên khó khăn. Hiện nay, công nghệ pin magie-ion chủ yếu vẫn dừng lại ở giai đoạn nghiên cứu phát triển, chưa sẵn sàng lắp đặt trên xe điện thương mại.
Pin gốc kẽm thu hút nhiều sự chú ý vì kẽm có sẵn nhiều trong tự nhiên, giá thành rẻ và giúp tạo ra loại pin an toàn hơn, đặc biệt là các hệ thống dùng dung dịch nước làm chất điện giải. Những công nghệ như pin kẽm-ion và kẽm-không khí đang được phát triển để lưu trữ năng lượng và phục vụ nhiều ứng dụng khác, dựa trên lợi thế chi phí vật liệu thấp và hạn chế nguy cơ cháy nổ.
Theo Science Direct, thách thức ngăn cản pin gốc kẽm trở nên phổ biến là vấn đề đoản mạch, vùng điện áp hẹp (khoảng giới hạn điện áp mà tại đó chất điện ly vẫn hoạt động ổn định, không phân hủy hoặc biến tính) và phản ứng ăn mòn. Hệ thống pin gốc kẽm cần nhiều cải tiến để có thể cạnh tranh với pin lithium-ion trên xe điện hành khách. Phần lớn công nghệ pin gốc kẽm hiện nay phù hợp để lưu trữ cố định hơn là dùng cho xe hơi.
