Giới hạn chịu đựng của pin Lithium-ion

Từ sự cố của Samsung

Samsung vẫn chưa đưa ra câu trả lời chính thức cho sự cố Galaxy Note 7 cháy nổ, bởi hãng đang phải điều tra nguyên nhân cũng như khắc phục hậu quả để lại. Đầu tháng 9, khi tiến hành thu hồi 2,5 triệu thiết bị đã bán ra, hãng chỉ đưa ra nguyên nhân ban đầu là "một lỗi cực hiếm xảy ra trong quá trình sản xuất".

Sự cố Galaxy Note 7 khiến Samsung "điêu đứng".

Tuy nhiên, hãng sau đó đã nhấn mạnh "còn quá sớm để suy đoán". Trong một phỏng vấn với Reuters, đại diện Samsung cho biết sẽ điều tra lại từ đầu, bắt đầu từ quy trình kỹ thuật, quá trình sản xuất đến kiểm soát chất lượng đầu ra.

Dù chưa tìm ra nguyên nhân thực sự, nhưng hầu hết các sự cố cháy nổ của Galaxy Note 7 đã ghi nhận đều xuất phát từ viên pin Lithium-ion. Cũng vì lý do này, ban đầu, Samsung đã ngừng các đơn hàng cung cấp pin từ Samsung SDI để giao toàn bộ cho đối tác Amperex Technology Ltd (ATL) – công ty chỉ sản xuất 30% pin cho Galaxy Note 7 – vì cho rằng "người nhà" của mình sản xuất pin chưa an toàn. Tuy nhiên, những thiết bị mới dùng pin của ATL vẫn bị cháy nổ, khiến hãng phải đi đến quyết định ngừng bán, đồng thời "khai tử" chiếc điện thoại chỉ mới hơn 2 tháng tuổi.

Nhưng mọi việc có dừng lại ở viên pin?

Đặc tính của pin Lithium-ion

Được thương mại hóa lần đầu tiên bởi Sony vào năm 1991, pin Lithium-ion nhanh chóng xuất hiện trên các thiết bị di động, bao gồm máy nhắn tin, điện thoại di động, máy tính xách tay… So với các dòng pin đời cũ, Lithium-ion ưu thế hơn nhờ sử dụng chất điện phân chứa đầy muối Lithium - chất liệu nhẹ nhất trong số tất cả các kim loại, nhưng có thể ích trữ được năng lượng rất lớn trong một diện tích rất nhỏ.

Cấu tạo của một viên pin Lithium-ion.

Về cấu tạo, bên trong một viên pin Lithium-ion có rất nhiều tấm mang điện tích trái dấu xếp chồng lên nhau và phân tách nhau bởi những lớp cách điện rất mỏng. Khi màng này bị "rách" do nguyên nhân nào đó (va đập, bị vật nhọn tác động hoặc tự hỏng), hiện tượng đoản mạch trong thỏi pin sẽ xảy ra, từ đó khiến nhiệt độ tăng cao. Đây chính là nguyên nhân phổ biến nhất khiến viên pin bốc cháy.

Pin Lithium-ion cũng rất dễ sinh nhiệt khi hoạt động. Nếu quá trình nạp hoặc xả quá nhanh, nhiệt độ của chúng thường tăng rất cao. Người dùng smartphone có thể nhận thấy khi sử dụng các ứng dụng nặng, hoặc đang sạc.

Trong quá khứ, không thiếu những sự cố cháy nổ liên quan đến loại pin này, như Sony, HP, Toshiba và Panasonic trên máy tính xách tay, hoặc ván trượt điện, xe đạp điện… Thậm chí, việc cháy nổ từng xảy ra với máy bay Boeing 787 vào năm 2013.

Riêng với Galaxy Note 7, Giám đốc điều hành Panasonic Kazuhiro Tsuga cho rằng, viên pin trên phablet này có thể bốc cháy do Samsung cố gắng "nhồi nhét" thêm các tế bào năng lượng vào diện tích hẹp nhằm tăng dung lượng. Bên cạnh đó, việc áp dụng sạc nhanh cũng khiến thiết bị tăng nhiệt nhanh hơn, dẫn đến cháy nổ.

"Đó là sự đánh đổi giữa lợi ích và rủi ro. Với công nghệ pin hiện tại và với các tính năng tích hợp trên Note 7, sự cố cháy nổ sẽ xảy ra với tỷ lệ cao gấp nhiều lần", Tsuga nhấn mạnh.

Đã đạt đến giới hạn an toàn

Trước "triều đại" của điện thoại thông minh, các thiết bị di động chỉ là máy nhắn tin, điện thoại tính năng…, và chúng đều hoạt động với tần suất thấp. Điện thoại ngày nay được tích hợp số lượng tính năng nhiều hơn, kiêm nhiệm nhiều công việc hơn, từ đó thời gian sử dụng lâu hơn, thậm chí là liên tục. Theo eMarketer, thời gian sử dụng smartphone năm 2016 gấp đôi năm 2012 đã cho thấy điều này.

Smartphone ngày càng được tích hợp nhiều tính năng, nhưng công nghệ pin lại không được cải tiến.

Trong khi đó, hầu hết các hãng điện thoại lại chạy theo các xu thế về độ mỏng nhẹ, màn hình độ phân giải cao, nhiều tính năng… Điều này khiến nhà sản xuất phải tăng mật độ phân tử năng lượng vào viên pin để tăng thời gian sử dụng máy, và đó là cách duy nhất nếu muốn nhập vào cuộc đua trên.

Nhưng sự cố Galaxy Note 7 đã vạch trần một sự thật, rằng con người không thể tăng mật độ tế bào năng lượng vào diện tích nhỏ hẹp được nữa, họ cần phát triển công nghệ pin mới tân tiến hơn.

"Pin Lithium-ion đã đạt đến giới hạn an toàn về mật độ năng lượng trong một diện tích cụ thể. Nếu cứ cố gắng nhồi nhét thêm, sự cố chắc chắn xảy ra", Larsen, chuyên gia tư vấn của eMarketer, nói.

Công nghệ pin nào cho tương lai

Từ lâu, các nhà khoa học đã đi tìm công nghệ pin mới bởi họ nhận ra rằng công nghệ pin Lithium-ion sẽ đạt đến mức giới hạn. Đã có không ít phát hiện đầy triển vọng, tuy nhiên, chúng đều đang nằm trong phòng thí nghiệm.

Theo Pocket-lint, các nhà khoa học đã phát triển một loại tế bào nhiên liệu mới, cho phép chỉ một lần sạc là có thể sử dụng trong vòng một tuần. Công nghệ này kết hợp giữa thép không gỉ với lớp màng mỏng, hạn chế lượng nhiệt tỏa ra ở mức tối thiểu, giúp pin bền và có tuổi thọ cao hơn. Triển vọng công nghệ này rất cao, thậm chí có tin đồn cho rằng nó sẽ được tích hợp vào viên pin của Galaxy S8.

Công ty SolidEnergy Systems thuộc Viện công nghệ MIT (Mỹ) cũng vừa phát triển thành công công nghệ pin mới có tên lithium-metal. Dù có kích cỡ tương đương pin Lithium-ion nhưng công nghệ mới cho phép tuổi thọ pin tăng gấp đôi, trong khi kích thước giảm xuống một nửa. Viên pin mới có thể được giới thiệu vào đầu 2017 cho smartphone.

Những năm qua, dù các hãng sản xuất điện thoại liên tục đua tranh giới thiệu nhiều tính năng hấp dẫn nhưng công nghệ pin vẫn không có sự thay đổi. Có thể, sự cố của Galaxy Note 7 sẽ giúp họ nhận ra đâu là vấn đề cần quan tâm và chú trọng phát triển nó.

Bảo Lâm