ÚC – Mặt đường nhựa phơi dưới ánh nắng có thể bức xạ khoảng 1.000 W năng lượng trên mỗi mét vuông. Về cơ bản, nó hoạt động như một pin nhiệt và tiếp tục tỏa nhiệt trong vài giờ ngay cả sau khi mặt trời lặn. Nếu ô tô đỗ trên đường cả ngày, bộ pin chắc chắn sẽ nóng lên.

Trong bài viết lần này, ban biên tập technologyMAG chia sẻ video từ kênh Ben Alexxander, phân tích tác động của nhiệt độ cao đến quá trình lão hóa, tuổi thọ và độ an toàn của pin xe điện.

Ngày 12/6/2026, tổ chức khí hậu thế giới (World Meteorological Organization – WMO) đã thông báo một đợt nắng nóng lớn trên khắp châu Âu, còn được gọi là “vòm nhiệt” (heat dome) (*). Tại Đức ghi nhận nhiệt độ 41,7°C, Hungary đạt mức kỷ lục 40,7°C, Áo đạt 40°C. Mức 40°C tại Đức không hoàn toàn giống với 40°C ở miền nam nước Mỹ hoặc thành phố Brisbane (thuộc khu vực Queensland, Úc). Nhà ở châu Âu nhìn chung không được xây dựng giống như tại khu vực Queensland (phía đông bắc Úc), nơi có những ngôi nhà sử dụng mái tôn và được nâng cao trên các cột. Nhà tại châu Âu thường thấp và được xây bằng đá. Bản thân vật liệu đá cũng hoạt động giống như pin nhiệt. Thay vì nhanh chóng giải phóng nhiệt trong đêm rồi bắt đầu một chu kỳ mới vào sáng hôm sau, vật liệu này giữ nhiệt và ngày càng tích tụ nhiều năng lượng nhiệt hơn. Vì vậy, người dân châu Âu có thể gặp nhiều khó khăn hơn khi phải đối phó với tình trạng nóng kéo dài. Họ cũng thường không có các hệ thống điều hòa không khí mạnh như tại thành phố Brisbane để liên tục loại bỏ lượng nhiệt này.
(*) Heat dome: là hiện tượng khí tượng xảy ra khi một vùng áp suất cao duy trì trong thời gian dài và giữ khối không khí nóng bên dưới, khiến nhiệt khó thoát ra ngoài. Không khí bị nén và tiếp tục nóng lên, làm nhiệt độ tại khu vực tăng cao trong nhiều ngày, từ đó hình thành các đợt nắng nóng kéo dài và khắc nghiệt.

Nhiệt độ cao ảnh hưởng đến hóa học pin như thế nào?
Khi nhiệt độ tăng cao, mọi người thường nghĩ đến điều hòa không khí. Tuy nhiên, việc lắp đặt điều hòa có thể chưa đủ để đáp ứng nhu cầu làm mát tại những nơi như thủ đô Paris và các khu vực xung quanh. Người ta cũng nghĩ đến lưới điện, điện mặt trời, pin lưu trữ gia đình và xe điện. Tuy nhiên, một khía cạnh chưa được đề cập đầy đủ là nhiệt thực sự tác động như thế nào đến thành phần hóa học bên trong pin. Vì nhiệt có thể làm giảm khả năng lưu trữ năng lượng hiệu quả của pin. Đây là một vấn đề nghiêm trọng. Điều này có ý nghĩa đối với xe điện, hệ thống pin lưu trữ gia đình và cả các hệ thống pin lưu trữ quy mô lưới điện. Các hệ thống lưu trữ quy mô lớn cần khoản đầu tư đáng kể, vì vậy các nhà thiết kế chắc chắn phải tính đến những vấn đề này, dù hệ thống sử dụng pin NCM (pin nickel manganese cobalt), hệ thống Tener (sử dụng pin LFP – lithium iron phosphate) của công ty CATL hay công nghệ khác. Vấn đề cơ bản tương tự cũng áp dụng đối với máy tính, máy tính xách tay và các thiết bị sử dụng pin khác. Những câu hỏi quan trọng là nhiệt độ tác động như thế nào đến pin trong quá trình lão hóa, ảnh hưởng ra sao đến tuổi thọ theo thời gian (calendar life), điều gì xảy ra với thành phần hóa học và độ an toàn của pin, cũng như tại sao một bộ pin có thể trông hoàn toàn bình thường từ bên ngoài trong khi một khu vực bên trong, chẳng hạn một góc hoặc một vị trí không được làm mát hiệu quả, lại lão hóa nhanh hơn phần còn lại.

Để xem và hiểu đầy đủ nội dung của video (bằng tiếng Anh), Quý độc giả nên tham khảo toàn bộ nội dung của bài viết trước khi xem video. Để xem video ở chế độ toàn màn hình (full-screen), vui lòng nhấn vào khung [ ] ở góc phải phía dưới của video hoặc nhấn phím F.

Hai cơ chế lão hóa của pin lithium-ion
Nhiệt độ là một trong hai yếu tố quan trọng nhất quyết định tuổi thọ của pin. Pin lithium-ion lão hóa theo hai cách. Cách thứ nhất là lão hóa do sử dụng, thường được gọi là lão hóa theo chu kỳ. Cách thứ hai xảy ra trong thời gian pin nằm yên, không được sử dụng, được gọi là lão hóa theo thời gian. Nhiệt có thể làm tốc độ lão hóa theo thời gian tăng khoảng 8 đến 10 lần, hoặc lên tới 15 lần tại những khu vực có khí hậu nóng như các thành phố Brisbane, Sydney, Dubai hoặc một số khu vực tại khu vực Texas (Mỹ). Đây là một trong những nguyên nhân lớn nhất gây ra sự suy giảm của pin cũng như các thiết bị điện tử. Do đó, pin vẫn có thể xuống cấp ngay cả khi chiếc xe không rời khỏi nơi đỗ xe. Đây là điều những người mới sử dụng xe điện cần hiểu. Thậm chí có một số mẫu xe có thể kém phù hợp hơn trong một số điều kiện nhất định vì không được trang bị hệ thống quản lý nhiệt. Thời gian và nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến pin nhiều không kém quãng đường xe đã di chuyển. Một yếu tố quan trọng khác là mức sạc mà pin thường xuyên được duy trì. Để pin ở mức sạc 100% trong khi xe nằm dưới trời nắng cả ngày không có lợi cho pin.

Một nghiên cứu mô hình hóa năm 2026 đã xem xét các cell pin NMC, một trong những loại hóa học pin phổ biến trên xe điện khi cần mật độ năng lượng cao hơn. Các nhà nghiên cứu mô hình hóa tuổi thọ pin trong 81 tổ hợp khác nhau về nhiệt độ, tốc độ sạc và xả, trạng thái sạc khi pin ở trạng thái nghỉ và độ sâu xả. Độ sâu xả bao gồm những yếu tố như việc pin được sạc 100% thay vì 80%, hoặc được xả xuống 1% thay vì dừng ở mức 10% rồi sạc lại. Chỉ số C-rate (*) mô tả mức độ mạnh mà pin được sạc hoặc xả so với dung lượng của chính nó. Mức 1C về cơ bản có nghĩa là pin có thể được sạc đầy hoặc xả hết trong một giờ. Trạng thái sạc (state of charge) là mức năng lượng hiện có trong pin, thường được biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm. Độ sâu xả (depth of discharge) mô tả mức độ phạm vi dung lượng của pin được sử dụng. Nếu chỉ sử dụng pin trong khoảng từ 40% đến 60%, đây sẽ là một chu kỳ rất nông và rất có lợi cho tuổi thọ pin. Ngược lại, khoảng từ 10% đến 90% là một chu kỳ tương đối sâu. Khoảng từ 20% đến 80% được nhiều người sử dụng phổ biến. Ngay cả với pin LFP (lithium iron phosphate), vẫn tồn tại quan niệm rằng việc sử dụng vùng dung lượng phía trên không ảnh hưởng đến pin. Tuy nhiên, sử dụng 20% dung lượng ở vùng trên cùng vẫn có tác động đến pin.
(*) C-rate (tốc độ C): là chỉ số biểu thị tốc độ sạc hoặc xả của pin so với dung lượng danh định của pin. Ví dụ, mức 1C tương ứng với tốc độ có thể sạc đầy hoặc xả hết pin trong khoảng 1 giờ, trong khi 0,5C tương ứng khoảng 2 giờ và 2C khoảng 30 phút. C-rate càng cao, pin càng phải nhận hoặc cung cấp năng lượng với tốc độ lớn hơn.

Kết quả của nghiên cứu mô hình hóa cho thấy sự khác biệt. Tùy thuộc vào điều kiện vận hành, thời gian để pin giảm xuống còn 75% tương đương mất khoảng một phần tư dung lượng hữu dụng ban đầu, dao động từ 0,8 năm đến 14 năm. Đây là cùng một loại cell pin, nhưng tuổi thọ có thể khác nhau rất lớn do cách chúng được sử dụng và môi trường mà pin hoạt động. Ở cấp độ cơ bản, nhiệt độ làm tăng tốc các phản ứng phụ không mong muốn bên trong cell pin. Những phản ứng này tiêu hao lượng lithium có thể sử dụng, làm hư hại các điện cực, phân hủy chất điện phân và làm tăng điện trở. Khi điện trở bắt đầu tăng do thành phần hóa học bên trong pin suy giảm, quá trình này có thể trở nên nghiêm trọng. Nó trở thành một vòng lặp tự thúc đẩy.

(Hình minh họa từ YouTube)

Vấn đề này cũng có ý nghĩa đối với pin vòng đời thứ hai (second-life) (*), như các bộ pin hoặc cell pin xe điện cũ được tái sử dụng cho hệ thống lưu trữ điện gia đình hoặc lưu trữ điện lưới. Nhiều người đã tái sử dụng các module pin Tesla. Một nghiên cứu trong năm 2026 phát hiện rằng những cell pin trải qua vòng đời đầu tiên ở nhiệt độ từ 40°C đến 45°C, tiếp tục suy giảm nhanh hơn trong vòng đời thứ hai, ngay cả khi chúng hoạt động ở mức nhiệt thấp hơn, khoảng 25°C. Do đó, một viên pin đã qua sử dụng không phải là một hệ thống bắt đầu lại từ đầu. Lịch sử nhiệt của pin tiếp tục ảnh hưởng đến nó trong vòng đời thứ hai.
(*) Pin second-life: là pin đã qua sử dụng trong xe điện và không còn đáp ứng yêu cầu về dung lượng hoặc công suất cho phương tiện, nhưng vẫn còn đủ khả năng hoạt động để được tái sử dụng trong các ứng dụng ít khắt khe hơn, như hệ thống lưu trữ năng lượng cho gia đình, doanh nghiệp hoặc lưới điện. Việc sử dụng pin second-life giúp kéo dài vòng đời pin và giảm nhu cầu thay thế hoặc tái chế sớm.

Nhiệt độ tác động lớn hơn khi pin đồng thời được duy trì ở mức sạc cao, vận hành với công suất lớn hoặc thường xuyên được sử dụng trong phạm vi dung lượng rộng như 10% đến 90%, 0% đến 100% hoặc 10% đến 100%. Một viên pin nằm ở mức sạc 100% dưới ánh nắng trực tiếp sẽ trải qua điều kiện hoàn toàn khác so với một viên pin được giữ ở mức 50% tại nơi mát mẻ như trong gara.

Ví dụ: Theo tác giả, một gia đình ở Anh sở hữu ô tô Nissan Leaf đời 2015. Ô tô Nissan Leaf trong giai đoạn này không được trang bị hệ thống quản lý nhiệt. Đây là một chiếc xe rất tốt, nhưng không có hệ thống quản lý nhiệt cho pin. Chủ xe sạc pin theo cách mình muốn và theo lời của chính ông, sử dụng chiếc xe khá khắc nghiệt. Ông đơn giản sử dụng xe theo nhu cầu, về nhà, cắm sạc, để pin sạc đầy và đôi khi để xe ở trạng thái sạc đầy qua đêm, thậm chí trong một tuần khi đi nghỉ. Chiếc xe đã chạy 130.000 dặm. Chủ xe vẫn rất thích nó và bộ pin vẫn còn khoảng 70% dung lượng ban đầu. Một trường hợp khác, cùng mẫu ô tô Nissan Leaf đời 2015 tại thành phố Brisbane (Úc). Thành phố này có khí hậu nóng trong nhiều tháng mỗi năm, và nhiệt độ ban ngày có thể khá cao vào mùa đông. Tác giả đã thấy nhiều ô tô chỉ chạy khoảng 27.000 hoặc 28.000 dặm, tương đương 45.000 đến 50.000 km, được bán với giá thấp, đôi khi vài nghìn USD, trong khi pin chỉ còn khoảng 50%, 55%, 60% hoặc 65% dung lượng ban đầu. Những chiếc xe này được sử dụng tương đối ít nhưng đã trải qua phần lớn vòng đời trong môi trường khí hậu nóng. Đây không phải trường hợp cá biệt. Đây là xu hướng phổ biến đối với dòng ô tô Nissan Leaf được bán tại những nơi như thành phố Brisbane và thành Sydney ở Úc, khu vực Texas và California ở Mỹ.

Nhiều yếu tố suy giảm pin tác động đồng thời
Nghiên cứu mô hình hóa đã thử nghiệm trạng thái sạc khi nghỉ ở các mức 10%, 60% và 100%, đồng thời phát hiện rằng nhiệt độ, trạng thái sạc, chỉ số C-rate và độ sâu xả đều cộng hưởng với nhau. Kết hợp lại, những yếu tố này quyết định pin sẽ duy trì tình trạng tốt hay xấu theo thời gian. Nhiệt độ cao kết hợp với pin đầy được xem là tác động xấu đến hiệu quả hoạt động của pin. Nhiệt độ cao kết hợp với chu kỳ vận hành nặng cũng gây ảnh hưởng lớn. Nhiệt độ cao kết hợp với phạm vi sạc rộng khiến tình trạng trở nên tệ hơn. Vì vậy, không tồn tại một con số duy nhất có thể áp dụng cho mọi trường hợp. Mức độ suy giảm pin phụ thuộc vào sự kết hợp của nhiều điều kiện. Nhìn chung, nhiệt độ cao gây bất lợi cho pin, và để pin ở trạng thái sạc đầy trong điều kiện nóng có thể gây ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến thành phần hóa học của pin.

Phạm vi sử dụng pin có thể quan trọng hơn tốc độ sạc
Một phát hiện đáng chú ý khác đến từ nghiên cứu thực nghiệm năm 2026 về các cell pin vòng đời thứ hai. Nghiên cứu cho thấy việc giảm 40% phạm vi sạc có thể sử dụng mang lại lợi ích cho sức khỏe pin lớn hơn so với việc giảm tốc độ sạc xuống một phần ba. Mọi người thường tập trung nhiều vào sạc nhanh, nhưng đôi khi yếu tố quan trọng hơn lại đơn giản là mức độ phạm vi dung lượng của pin được sử dụng.

Vì sao hệ thống pin tự giảm công suất khi trời nóng
Đây là lý do các hệ thống pin thực tế tự giới hạn công suất trong điều kiện nhiệt độ cao. Ví dụ, Tesla Powerwall 3 (hệ thống pin lưu trữ năng lượng gia đình do công ty Tesla phát triển) được thiết kế để hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ -20°C đến 50°C. Công ty Tesla cũng nêu rõ rằng hệ thống sẽ giới hạn công suất sạc hoặc xả khi nhiệt độ đạt các mức cực đoan, chẳng hạn khi nhiệt độ tăng lên trên 40°C. Đây đơn giản là hệ thống quản lý pin (BMS – battery management system) thực hiện đúng chức năng của mình. Hệ thống BMS theo dõi nhiệt độ, điện áp, dòng điện và trạng thái sạc, sau đó giảm hiệu suất khi cần thiết. Quá trình này được gọi là giới hạn hiệu suất do nhiệt. Nếu một ô tô điện hoặc hệ thống pin gia đình hoạt động chậm hơn trong một đợt nắng nóng, đây là hoạt động bình thường, không phát sinh dấu hiệu của lỗi.

Các cell trong cùng một bộ pin không lão hóa đồng đều
Một điểm quan trọng khác là các bộ pin không lão hóa đồng đều. Từng cell riêng lẻ, hoặc những khu vực khác nhau trong cùng một cell, có thể lão hóa với tốc độ khác nhau. Những khu vực đã lão hóa nhiều hơn cũng có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn. Một nghiên cứu năm 2023 của tạp chí khoa học Nature Communications Engineering đã phát hiện rằng chênh lệch nhiệt độ chỉ 3°C bên trong một cell pin trong khoảng thời gian vài năm có thể làm tốc độ suy giảm tăng 300%. Do đó, xét trên giá trị trung bình, một bộ pin có thể trông hoàn toàn an toàn trong khi một góc của bộ pin đang âm thầm xuống cấp nhanh hơn. Đây vừa là vấn đề về thiết kế hệ thống làm mát, vừa là vấn đề về hóa học pin.

Cũng cần phân biệt quá trình suy giảm này với trường hợp mất kiểm soát nhiệt (thermal runaway) khi tốc độ sinh nhiệt vượt quá khả năng tản nhiệt. Khi đó, các phản ứng tăng nhanh theo dây chuyền, khí tích tụ và cell pin có thể thoát khí hoặc nghiêm trọng hơn, bắt lửa. Các giai đoạn dẫn đến hiện tượng này đã được hiểu khá rõ. Quá trình bắt đầu khi một lớp bảo vệ bên trong pin bị phân hủy ở mức nhiệt tương đối vừa phải và cuối cùng có thể đạt đến điểm mà lớp phân cách giữa các điện cực nóng chảy, khiến các điện cực có thể đoản mạch với nhau. Các hệ thống kỹ thuật an toàn pin được thiết kế để ngăn chặn quá trình này từ rất lâu trước khi nó tiến đến giai đoạn đó.

Hóa học pin cũng đóng vai trò rất lớn. Các cell có hàm lượng nickel cao hoặc cell pin NCM mang lại mật độ năng lượng cao, phù hợp với các dòng xe điện cần phạm vi di chuyển dài, nhưng nhìn chung chúng có độ ổn định nhiệt thấp hơn cell pin LFP được sử dụng trên nhiều mẫu xe của tập đoàn BYD, công ty Tesla và công ty MG. Phần lớn hệ thống lưu trữ năng lượng cố định cũng sử dụng hóa học LFP. Pin LFP đánh đổi một phần mật độ năng lượng để đạt được độ bền và khả năng chịu nhiệt cao hơn, qua đó mang lại mức độ an toàn cao hơn. Công nghệ pin sodium-ion của công ty CATL được giới thiệu một phần dựa trên lợi thế về phạm vi nhiệt độ hoạt động. Công ty CATL cho biết loại pin này có thể hoạt động từ -40°C đến +70°C, đạt mật độ năng lượng 175 Wh/kg và cung cấp hơn 10.000 chu kỳ sạc đối với phiên bản dành cho xe điện. Đối với các hệ thống lưu trữ cố định quy mô lớn, công ty CATL cũng có hệ thống Tener. Ngoài ra còn có một tiêu chuẩn an toàn UL 9540A, được sử dụng để kiểm tra cách đám cháy lan truyền trong một hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin nếu một cell gặp sự cố. Mục tiêu là ngăn một cell bị lỗi phát triển thành sự cố ở cấp độ toàn bộ bộ pin. Một vấn đề chỉ ảnh hưởng đến một phần của hệ thống có thể được kiểm soát, trong khi sự lan truyền ra toàn bộ bộ pin nghiêm trọng hơn.

Nhìn chung, pin hoàn toàn có thể hoạt động trong các đợt nắng nóng. Các hệ thống được thiết kế tốt đã hoạt động tại Úc với số lượng lên đến hàng nghìn hệ thống, cũng như tại Trung Quốc, Trung Đông, Dubai, nam Âu và những khu vực ngày càng nóng hơn ở bắc Âu. Câu hỏi thực sự không đơn giản là liệu pin có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hay không. Điều quan trọng là mức độ lão hóa đang âm thầm diễn ra bên trong, làm thế nào để hạn chế quá trình này, hệ thống quản lý và làm mát pin hiệu quả đến đâu, cũng như loại hóa học pin nào đang được sử dụng. Vị trí lắp đặt thực tế cũng rất quan trọng. Việc một ô tô điện được sạc trong gara hay dưới mái che có thể tạo ra khác biệt đáng kể. Pin lưu trữ gia đình nhìn chung nên được lắp đặt tại vị trí có bóng râm và thông gió tốt. Không nên đặt hệ thống pin tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng và liên tục chịu nhiệt cao. Trong điều kiện nắng nóng tại châu Âu, nên sạc pin chậm hơn, sạc tại nhà có lợi cho pin. Không nên để xe ở trạng thái sạc 100% trong thời gian dài, trừ khi thực sự cần toàn bộ dung lượng hoặc dự định lái xe ngay vào sáng hôm sau. Sạc qua đêm khi nhiệt độ thấp hơn cũng có thể tạo ra khác biệt. Ngoài ra, nên tránh lái xe ở cường độ cao khi nhiệt độ của bộ pin không thuận lợi, đặc biệt khi pin đang ở mức nhiệt độ cao.

Hệ thống quản lý pin trên ô tô điện
Khách hàng không cần bảo vệ xe điện một cách quá mức. Những mẫu xe như Tesla được trang bị hệ thống quản lý nhiệt và hệ thống quản lý pin khá phức tạp. Khách hàng có thể sử dụng xe bình thường, thiết lập giới hạn sạc phù hợp và để hệ thống của xe tự quản lý bộ pin. Ô tô điện của tập đoàn BYD cũng có các hệ thống quản lý pin đảm nhiệm phần lớn công việc này một cách tự động. Dù vậy, công suất sạc cao, tốc độ xả cao và nhiệt độ cao vẫn là những yếu tố quan trọng. Ví dụ, lái xe công suất cao khi bộ pin đang ở nhiệt độ thấp, như -30°C, không có lợi cho pin. Không có lý do gì để tạo thêm áp lực không cần thiết lên bộ pin.

Để xem các tin bài khác về “Pin xe điện”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Ben Alexxander