Startup tạo bước ngoặt với pin giấy sinh học: Không lithium, không cháy nổ, có thể phân hủy hoàn toàn

Một startup công nghệ có trụ sở tại Singapore – Flint – vừa công bố bước tiến quan trọng có thể làm thay đổi cách thế giới sản xuất và sử dụng pin trong tương lai. Công ty cho biết đã bắt đầu sản xuất pin giấy sinh học sử dụng nước, cellulose và các vật liệu bền vững khác, mở ra triển vọng thay thế các dòng pin lithium-ion truyền thống vốn phụ thuộc vào chuỗi cung ứng khoáng sản đắt đỏ và gây nhiều tranh cãi về môi trường.

BƯỚC NGOẶT SẢN XUẤT: PIN GIẤY TIẾN TỪ PHÒNG THÍ NGHIỆM RA THỊ TRƯỜNG

Theo Flint, việc chính thức bước vào giai đoạn sản xuất đánh dấu một cột mốc quan trọng sau thời gian dài thử nghiệm và hoàn thiện công nghệ. “Bước vào sản xuất là một bước ngoặt vì điều đó có nghĩa là pin giấy của chúng tôi có thể vượt ra khỏi nguyên mẫu và đi vào các thiết bị thực tế, với quy mô thực sự và hệ thống kiểm soát chất lượng mà khách hàng có thể kiểm chứng”, ông Carlo Charles, CEO của Flint, cho biết.

Khác với hình dung thông thường về “pin giấy”, sản phẩm của Flint không phải là một tấm giấy mỏng manh mà là một cấu trúc pin hoàn chỉnh gồm anode (cực dương), cathode (cực âm) và chất điện phân – tương tự cấu trúc cơ bản của pin lithium-ion. Điểm khác biệt nằm ở vật liệu cấu thành: không có lithium, cobalt hay nickel – những kim loại hiếm, đắt đỏ và phụ thuộc nhiều vào khai thác mỏ tập trung tại một số khu vực trên thế giới.

Thay vào đó, Flint phát triển một hệ hóa học độc quyền, tận dụng khả năng của cellulose – thành phần chính của giấy – làm môi trường vận chuyển ion. Cùng với nền tảng hóa học dựa trên nước, giải pháp này vừa giúp pin hoạt động ổn định, vừa giảm thiểu rủi ro cháy nổ vốn là nỗi lo thường trực với pin lithium-ion.

Theo các chuyên gia, dù các vụ cháy pin lithium-ion không phổ biến, rủi ro vẫn tồn tại và có thể gây hậu quả nghiêm trọng, đặc biệt trong thiết bị điện tử, xe điện hoặc hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn. Việc sử dụng hóa học nền nước giúp loại bỏ nguy cơ phản ứng nhiệt runaway – nguyên nhân chính gây cháy nổ trong pin truyền thống.

Flint cho biết pin giấy của họ có thể được sản xuất với chi phí thấp, dễ mở rộng quy mô và không phụ thuộc vào chuỗi cung ứng khoáng sản tập trung toàn cầu. Đây là yếu tố chiến lược trong bối cảnh các quốc gia ngày càng quan tâm đến an ninh năng lượng và tự chủ công nghệ.

Hiện Flint đang vận hành một cơ sở mới rộng khoảng 8.000 foot vuông (gần 750 m²) tại Singapore để thử nghiệm các концеп và mở rộng sản xuất. Trước đó, cuối năm 2024, công ty đã huy động được khoản đầu tư 2 triệu USD và đang lên kế hoạch mở rộng sang thị trường châu Âu.

TỪ THIẾT BỊ Y TẾ ĐẾN XE ĐIỆN: THAM VỌNG THAY ĐỔI CHUỖI GIÁ TRỊ NĂNG LƯỢNG

Nếu được thương mại hóa thành công, pin giấy sinh học của Flint có thể mở ra loạt ứng dụng đa dạng, từ các thiết bị nhỏ như máy trợ thính, cảm biến, thiết bị không gian cho tới các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn.

Theo đánh giá của giới quan sát, công nghệ này đang đưa khái niệm “paper battery” tiến gần hơn tới khả năng cung cấp năng lượng cho xe điện (EV) – lĩnh vực vốn phụ thuộc nặng nề vào pin lithium-ion. Dù còn cần thêm thời gian để kiểm chứng về mật độ năng lượng và độ bền chu kỳ, việc loại bỏ lithium và cobalt có thể giúp giảm chi phí và tăng tính bền vững dài hạn.

Một trong những điểm nổi bật nhất của pin Flint nằm ở kịch bản “cuối vòng đời” – vấn đề đau đầu của ngành công nghiệp pin hiện nay. Pin lithium-ion nếu bị thải bỏ không đúng cách có thể rò rỉ các chất độc hại ra môi trường. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng các thành phần kim loại nặng và dung môi hữu cơ trong pin có thể gây ô nhiễm đất và nước.

Ngược lại, pin giấy của Flint được sản xuất từ 100% vật liệu có thể tái chế và không độc hại, có khả năng phân hủy an toàn sau khi hết vòng đời sử dụng. Điều này giúp giảm áp lực xử lý rác thải điện tử – một trong những thách thức môi trường lớn nhất hiện nay.

Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng tăng cao do sự bùng nổ của AI, thiết bị thông minh và xe điện, các công nghệ pin thay thế đang được đầu tư mạnh mẽ. Bên cạnh pin giấy, thị trường còn chứng kiến sự phát triển của pin natri (sodium-based battery) và các hệ thống lưu trữ năng lượng sử dụng điện cực dạng kem đánh răng – những giải pháp hướng đến mục tiêu giảm phụ thuộc vào lithium.

Dù vậy, công nghệ lithium-ion vẫn đang chiếm ưu thế trên thị trường. Hiện có hơn 50 mẫu xe điện có thể di chuyển trên 300 dặm (khoảng 480 km) sau một lần sạc. Xe điện cũng ngày càng hấp dẫn về chi phí vận hành, khi người dùng có thể tiết kiệm khoảng 1.500 USD mỗi năm nhờ giảm chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng – không cần thay dầu, bugi hay bảo trì động cơ đốt trong.

Trong dài hạn, các cải tiến về pin – bao gồm pin nhẹ hơn, sạc nhanh hơn và mật độ năng lượng cao hơn – sẽ tiếp tục đóng vai trò trung tâm trong cuộc đua chuyển đổi năng lượng toàn cầu. Sự xuất hiện của các công nghệ như pin giấy cho thấy nỗ lực tái cấu trúc chuỗi giá trị pin không chỉ dừng lại ở việc tối ưu lithium-ion, mà còn hướng đến những mô hình sản xuất phân tán, gần nơi tiêu thụ.

“Điều này cho thế giới thấy rằng có một con đường đáng tin cậy để sản xuất pin mà không cần phụ thuộc vào chuỗi cung ứng lithium tập trung như ngành công nghiệp đã dựa vào suốt nhiều thập kỷ,” ông Charles khẳng định. “Công nghệ của chúng tôi được thiết kế để sản xuất gần nơi sản phẩm được sử dụng, và Singapore cung cấp hạ tầng để chứng minh điều đó ở quy mô công nghiệp.”

Nếu thành công, bước đi của Flint không chỉ là một cải tiến công nghệ, mà còn có thể trở thành điểm khởi đầu cho một hệ sinh thái pin bền vững hơn – nơi hiệu suất, chi phí và môi trường không còn là ba mục tiêu đối nghịch.