“Siêu pin” sẽ thay đổi cuộc chơi ngành xe điện

Siêu pin an toàn và mạnh mẽ

Về cơ bản, pin thể rắn là loại pin có “điện cực” cùng “chất điện phân” đều ở trạng thái rắn. Trong khi đó, chất điện phân ở pin Li-ion tiêu chuẩn là chất lỏng ngăn cách hai điện cực. Có nhiều loại pin thể rắn khác nhau, tùy vào việc sử dụng vật liệu nào để làm cực dương, cực âm và chất điện phân rắn hữu cơ hay vô cơ.

So với pin Li-ion, điểm thu hút đầu tiên của pin thể rắn là sự an toàn vì dù mạnh mẽ đến đâu, pin truyền thống vẫn tiềm ẩn rủi ro do chúng chứa chất điện phân lỏng thường được làm từ dung môi hữu cơ và rất dễ cháy. Do đó, nếu pin Li-ion bị hỏng do tai nạn, hoặc nếu pin quá nóng trong khi sạc, nó có thể phát nổ. Sử dụng chất điện phân rắn, không cháy sẽ giải quyết vấn đề này.

Đồng thời, chất điện phân rắn cũng cho phép pin Li-ion được thiết kế nhỏ và nhẹ hơn, từ đó chứa nhiều năng lượng hơn trong một không gian nhỏ hơn. Đây được xem là thế mạnh vượt trội của pin thể rắn vì trọng lượng pin là một trong những mối quan tâm hàng đầu của nhà sản xuất. Tuy nhiên, ngay cả bậc thầy về sản xuất hàng loạt Toyota ban đầu cũng gặp khó khăn trong việc khiến pin thể rắn hoạt động hiệu quả trong thời gian dài.

Trên thực tế, Toyota đã bắt đầu nghiên cứu pin thể rắn từ năm 2012. Nhiều năm qua, hãng thậm chí còn có ý định trưng bày các nguyên mẫu hoạt động được, dù rất ít xuất hiện. Tuy nhiên, hãng xe này gần đây tuyên bố đã đạt “bước đột phá về công nghệ” với kế hoạch sản xuất pin thể rắn sớm nhất vào năm 2027. Theo Toyota, loại pin mới có thể giúp nâng phạm vi hoạt động lên tới 1.200km, khoảng gấp đôi so với nhiều mẫu xe hiện có và có thể sạc trong 10 phút.

Không chỉ Toyota, nhiều nhà sản xuất khác cũng có kế hoạch tương tự với pin thể rắn. Cụ thể, Nissan đang xây dựng một nhà máy thí điểm ở Yokohama và sẽ bắt đầu sản xuất các bản thử nghiệm vào năm tới. Một nhà máy tương tự cũng được BMW lên kế hoạch hợp tác triển khai ở Đức. Trong khi đó, QuantumScape - một startup ở Thung lũng Silicon đã bắt đầu vận chuyển nguyên mẫu pin thể rắn cho Volkswagen.

Theo Mathias Miedreich - CEO của Umicore, một công ty cung cấp vật liệu pin có trụ sở tại Brussels, bất chấp những vấn đề ban đầu, các nhà sản xuất ô tô Nhật Bản trong năm qua đã đạt được nhiều tiến bộ vượt bậc trong việc tìm ra cách sản xuất pin Li-ion rắn trên quy mô lớn. Vị CEO cho rằng, lý do các nhà sản xuất chậm tung ra các mẫu xe điện sử dụng loại pin mới là để sử dụng chúng làm vũ khí bí mật nhằm vượt mặt đối thủ cạnh tranh.

Pin thể rắn đã có mặt

Dù vậy, một số loại pin thể rắn dù chưa hoàn thiện đã có mặt trên thị trường. Blue Solutions - một công ty tại Pháp đang sản xuất pin chứa một loại polyme làm chất điện phân. Nhiều loại khác vẫn chứa một lượng nhỏ chất điện phân lỏng, trong khi nhiều nhà sản xuất Trung Quốc, vốn thống trị thị trường, đang nghiên cứu các phiên bản pin bán rắn. Trong đó, CATL - công ty Trung Quốc sản xuất hơn 1/3 pin xe điện trên thế giới (tính theo tổng công suất) cho biết có thể bắt đầu sản xuất pin bán rắn vào cuối năm nay với tên gọi pin “ngưng tụ”. Theo công ty này, pin ngưng tụ có thể lưu trữ tới 500Wh/kg, cao hơn nhiều so với mức 300Wh/kg của mẫu pin Li-ion điện phân lỏng tốt nhất hiện có trên thị trường. Và pin ở trạng thái rắn hoàn toàn có thể đạt 600Wh/kg hoặc hơn thế.

Pin thể rắn được kỳ vọng sẽ thay đổi cuộc chơi ngành xe điện, khi cho phép thu gọn tối đa diện tích và giảm trọng lượng xe xuống thấp nhất. Dù vậy, chất lượng của pin thể rắn tốt đến mức nào sẽ chỉ thực sự được biết đến khi chúng có mặt trên ô tô trong ít nhất hơn một năm nữa.

Hiện giá lithium đang tăng vọt và phần lớn thị trường bị chi phối bởi Trung Quốc. Cuối năm ngoái, giá lithium carbonat cho pin đã tăng đến khoảng 80.000 USD/tấn, trước khi giảm trở lại khoảng 35.000 USD, song vẫn gấp đôi so với hai năm trước.

Như vậy, doanh nghiệp cần phải đảm bảo nguồn cung của mình. Điều này sẽ khó khăn vì ngay cả khi một số mỏ lithium mới cùng các vật liệu khác đang đi vào hoạt động, nhất là bên ngoài Trung Quốc, chúng có thể phải mất 10 năm hoặc hơn trước khi đạt sản lượng tối đa. Do đó, chiến lược hợp lý sẽ là nhà sản xuất ô tô lớn hợp tác với nhà sản xuất pin và công ty vật liệu. Tại Nhật Bản, Toyota, Nissan và Honda đã hợp tác với Panasonic và GS Yuasa để thành lập một tập đoàn phát triển pin thể rắn. Bên cạnh đó, vật liệu tái chế cũng sẽ có ích. Trên thực tế, nhiều nhà máy đã thực hiện tái chế pin từ các thiết bị điện tử tiêu dùng và sẽ mở rộng quy mô để giải quyết số lượng pin ngày một tăng từ những chiếc xe điện cũ.