Cuộc đua phát triển công nghệ pin thể rắn để tạo đột phá cho xe điện

Trong nỗ lực phát triển xe điện giá rẻ hơn nhưng có tầm hoạt động xa hơn, Volkswagen, Ford, Toyota và các hãng xe lớn khác trên toàn cầu đua nhau rót tiền vào một công nghệ vốn từ lâu xem là một nhiệm vụ gần như bất khả khi: pin thể rắn.

Cuối năm ngoái, QuantumScape, một startup ở Thung lũng Silicon của Mỹ, cho biết đã thử nghiệm thành công pin sử dụng vật liệu điện ly ở trạng thái rắn. Ảnh: WSJ

Pin thể rắn giúp xe điện sạc nhanh hơn, an toàn hơn

Ngày nay, hầu hết các loại xe điện đều sử dụng pin lithium-ion, vốn trở nên mạnh mẽ hơn và có giá cả phải chăng hơn trong những năm qua, nhưng loại pin này có những hạn chế, bao gồm nguy cơ dễ bắt lửa, rò rỉ hóa chất, dẫn đến cháy nổ xe.

Các nhà phân tích và lãnh đạo của các hãng xe cho biết cấu hình thể rắn có thể giúp pin sạc nhanh hơn và giúp an toàn hơn cho bộ pin bằng cách loại bỏ dung dịch điện ly (môi trường cho phép các ion lithium chuyển dịch từ điện cực này sang điện cực kia) dễ cháy được sử dụng trong pin lithium-ion, và thay vào đó là lớp điện ly dạng rắn như sứ, thủy tinh hoặc polymer.

Tuy nhiên, công nghệ này vẫn còn rất tốn kém và tương đối chưa được chứng minh nhiều trong các ứng dụng thực tế, một rào cản dự kiến ​​sẽ mất nhiều năm để giải quyết trước khi đưa vào sản xuất hàng loạt

Toyota đang tự phát triển các tế bào pin thể rắn. Đầu tháng này, hãng xe Nhật Bản này cho biết họ cần thêm thời gian để phát triển công nghệ pin thể rắn cho xe chạy hoàn toàn bằng điện. Hiện tại, hãng sẽ sử dụng pin thể rắn loại nhỏ cho các loại xe chạy bằng động cơ hybrid (lai xăng – điện)

Các hãng xe lớn khác như Volkswagen, BMW (Đức) và Ford (Mỹ) đã đầu tư vào các công ty khởi nghiệp (startup) đang phát triển pin thể rắn để giúp họ hoàn thiện công nghệ này và sẵn sàng sản xuất hàng loạt.

Hãng tư vấn AlixPartners ước tính một số startup hàng đầu về pin xe điện đã nhận được khoảng 2 tỉ đô la đầu tư từ các nhà sản xuất ô tô và nhà đầu tư tài chính bao gồm Volkswagen và tỉ phú Bill Gates. Một nửa trong số tiền đầu tư đó được rót vào QuantumScape, startup phát triển pin thể rắn có trụ sở tại California.

Áp lực chế tạo loại pin tốt hơn tăng lên trong những năm gần đây khi các hãng xe đặt cược lớn vào xe điện. John Loehr, Giám đốc mảng tư vấn ô tô của AlixPartners, cho biết đầu tư trên toàn cầu vào các mẫu xe plug-in (xe lai sạc điện) đã tăng 40% trong năm qua.

Loehr cho rằng sẽ tốn rất nhiều thời gian để hoàn thiện công nghệ pin thể rắn. Ông dự báo có thể mất gần một thập kỷ nữa những loại pin như vậy mới sẵn sàng để sản xuất hàng loạt, nhưng các hãng xe đã đầu tư ngay từ bây giờ để nắm bắt chuyên môn và sẵn sàng sản xuất chúng.

Ông nói: “Họ không muốn rơi vào tình thế mọi người khác đều có công nghệ này và họ thì không”.

Tim Bush, nhà phân tích công nghệ pin của UBS Research, cho biết một trở ngại lớn đối với pin lithium-ion là khi mật độ năng lượng tăng lên, nguy cơ bắt lửa sẽ tăng lên. Ông nói: “Nếu chúng ta loại bỏ dung dịch điện ly và thay thế nó bằng vật liệu rắn, chúng ta không còn rủi ro về an toàn nữa và mật độ năng lượng có thể tăng gấp đôi so với những gì chúng ta đang có ở pin lithium-ion hiện nay”.

Yếu tố làm thay đổi cuộc chơi trên thị trường xe điện

Chưa có công ty nào phát triển thành công pin thể rắn có thể sản xuất hàng loạt và lắp vào hàng triệu chiếc ô tô. Nhưng một số startup hy vọng họ có thể đạt được mục tiêu đó bằng cách hợp tác với các hãng xe có hơn một thế kỷ kinh nghiệm sản xuất hàng loạt.

Cuối năm ngoái, QuantumScape cho biết công ty này đã đạt được bước đột phá, đó là thử nghiệm thành công pin sử dụng vật liệu điện ly ở trạng thái rắn.

Hồi tháng 3-2021, Volkswagen cho biết sau khi các nhà khoa học của hãng xác minh các thử nghiệm của QuantumScape trong phòng thí nghiệm riêng của họ, hãng đồng ý đầu tư thêm 100 triệu đô la vào QuantumScape, nâng tổng số vốn đầu tư ở startup này lên 300 triệu đô la. Hiện nay, QuantumScape có vốn hóa thị trương khoảng 10,5 tỉ đô la.

Volkswagen cũng đồng ý về nguyên tắc xây dựng một cơ sở để sản xuất thử nghiệm pin thể rắn sẵn sàng sử dụng cho xe điện bằng công nghệ của QuantumScape.

“Công nghệ pin thể rắn sẽ thay đổi cuộc chơi trên thị trường xe điện,” Frank Blome, người lãnh đạo phát triển pin của Volkswagen, nhận định. Hồi tháng 5, BMW và Ford cũng công bố họ đang đầu tư 130 triệu đô la vào Solid Power, startup phát triển pin có thể rắn, có trụ sở tại bang Colorado.

Giám đốc điều hành Solid Power, Doug Campbell cho biết công ty ông sẽ xây dựng dây chuyền thử nghiệm để bắt đầu sản xuất pin có thể rắn vào năm tới. “Chúng tôi tin rằng nếu công nghệ đột phá tiếp theo xuất hiện trong lĩnh vực xe điện, đó sẽ công nghệ pin thể rắn,” Oliver Zipse, Giám đốc điều hành hãng BMW, nói.

Mặc dù là người tin tưởng vào công nghệ này, Zipse vẫn hoài nghi về khả năng pin thể rắn có thể nhanh chóng được sản xuất hàng loạt vì ông vẫn chưa rõ về chi phí sản xuất và khả năng hoạt động an toàn của pin thể rắn trong các điều kiện khí hậu cực nóng hoặc cực lạnh. “Vấn đề chưa được giải quyết là bài toán chi phí. Hơn nữa. xe điện và pin của nó phải có khả năng hoạt động trong một dải nhiệt độ rất rộng”, ông nói.

Năm ngoái, Toyota đã phát triển một mẫu xe sử dụng pin thể rắn và đã tiến hành một loạt bài kiểm tra với nó. Trong tháng này, Masahiko Maeda, Giám đốc công nghệ của Toyota, cho biết các cuộc kiểm tra cho thấy pin thể rắn có công suất cao  hơn so với  pin lithium-ion thông thường nhưng cũng phát hiện thấy rằng chúng có tuổi thọ ngắn hơn.

“Để giải quyết vấn đề này và các vấn đề khác của pin thể rắn, chúng tôi cần tiếp tục phát triển, chủ yếu là các vật liệu điện ly,” ông Maeda nói.

Những tiến bộ về công nghệ pin lithium-ion vào thập niên 1980 và 1990 đã khai sinh ra Tesla, nhà sản xuất xe điện thành công về mặt thương mại đầu tiên của thế giới. Kể từ đó, pin lithium-ion, vốn sử dụng chất điện ly dạng lỏng, đã cải thiện phạm vi di chuyển của xe sau mỗi lần sạc đầy và cũng rẻ hơn đáng kể so với khi chúng lần đầu tiên xuất hiện.

Nhưng pin lithium-ion có nhược điểm là dễ nóng lên và bắt lửa. Hãng xe General Motors (Mỹ) gần đây đã thu hồi khoảng 142.000 chiếc xe điện Chevrolet Bolt để sửa chữa một lỗi sản xuất có thể gây cháy pin. Một số hãng xe khác cũng phải thu hồi xe điện vì lo ngại nguy cơ cháy nổ liên quan đến pin và cảnh báo khách hàng không nên sạc đầy pin hoặc để xe trong gara cho đến khi sự cố được khắc phục.

Giới phân tích và các lãnh đạo ngành công nghiệp ô tô cho rằng việc sử dụng công nghệ thể rắn sẽ giúp pin an toàn hơn nhờ vật liệu cốt lõi của nó ít ​​có khả năng cháy hơn.

H.Tài

Chánh Tài /KTSG Online

(Theo WSJ)



Vusta

 Vifotec

Logo Hoi thi STKT - web

Logo Cuoc thi 2017-web

Logo-bao-ve-nguoi-tieu-dung

Hội Bảo vệ Quyền lợi Người Tiêu dùng tỉnh Sóc Trăng