Khám phá nỗ lực của Tesla trong phát triển công nghệ pin xe điện tiên tiến

Bí mật đằng sau mục tiêu của tỷ phú Elon Musk là bán 20 triệu chiếc Tesla mỗi năm vào năm 2030 nằm ở công nghệ pin tiên tiến của họ.

Mục tiêu của Elon Musk

Theo thông tin từ Reuters và 12 chuyên gia có liên quan đến Tesla, việc sử dụng thành phần lớn hơn và một quy trình sản xuất mới để làm khô các điện cực có thể giúp Tesla giảm một nửa chi phí pin Model Y, tiết kiệm hơn 8% giá bán của xe ở Mỹ. Tuy nhiên, Tesla mới chỉ đi được một nửa chặng đường.

Lí do là kỹ thuật phủ khô được sử dụng cho việc sản xuất các thành phần lớn hơn trong pin 4680 của Tesla vẫn còn mới và chưa được chứng minh, điều này khiến công ty gặp khó khăn trong việc mở rộng quy mô sản xuất để tiết kiệm chi phí lớn, các chuyên gia cho biết.

Một chuyên gia gần gũi với Tesla cho biết: “Họ chưa sẵn sàng để sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên, những lợi ích mà Tesla đã đạt được trong việc giảm chi phí sản xuất pin trong hai năm qua có thể giúp tăng lợi nhuận và đưa họ lên đầu so với hầu hết các đối thủ xe điện (EV)”.

Các cải tiến mà Elon Musk hứa hẹn về chi phí và hiệu suất của pin được các nhà đầu tư coi là rất quan trọng đối với mục tiêu của Tesla trong việc mở ra thời đại mà hãng có thể sản xuất một chiếc xe điện trị giá 25.000 đô la để kiếm lời - và có cơ hội tốt hơn để đạt được mục tiêu vào năm 2030.

Hệ thống pin là thành phần đắt tiền nhất của hầu hết các xe điện, vì vậy việc sản xuất các gói pin hiệu suất cao, chi phí thấp hơn là yếu tố quan trọng để sản xuất những chiếc xe điện giá cả phải chăng có thể cạnh tranh với các đối thủ động cơ đốt trong về giá cả.

Tesla là một trong số ít nhà sản xuất ô tô lớn tự sản xuất pin EV và bằng cách sản xuất thành phần của Model Y tại các nhà máy tại Mỹ, SUV này vẫn đủ điều kiện nhận các khoản khấu trừ thuế của nước này khi nhiều xe EV đối thủ có thể không đủ điều kiện.

Tesla chưa trả lời yêu cầu bình luận về vấn đề này, nhưng các nguồn tin dự đoán rằng, việc thực hiện đầy đủ quy trình sản xuất lớp phủ khô mới sẽ khó khăn trước cuối năm nay và có thể phải đến năm 2023.

Ông Stan Whittingham, người đồng phát minh ra pin lithium-ion, người đoạt giải Nobel năm 2019, tin rằng, CEO Tesla Elon Musk đã quá lạc quan về khung thời gian thương mại hóa công nghệ mới này.

Trong tháng 8, tỷ phú Musk tuyên bố với cổ đông rằng, Tesla sẽ sản xuất số lượng lớn pin loại 4680 vào cuối năm 2022.

Theo các chuyên gia, cho đến nay, Tesla chỉ có thể giảm chi phí pin của Model Y từ 2.000 đến 3.000 USD, khoảng một nửa số tiền mà Tesla dự tính tiết kiệm cho loại pin 4680 mà họ công bố hai năm trước.

Tuy nhiên, những tiết kiệm chủ yếu đến từ thiết kế mới của cell 4680, lớn hơn so với pin 2170 hiện tại của Tesla, họ nói. Nhưng trung tâm của việc giảm chi phí là công nghệ sơn khô, mà tỷ phú Musk đã mô tả là mang tính cách mạng nhưng rất khó thực hiện.

Theo các nguồn tin, điều này sẽ mang lại lợi nhuận bằng một nửa số tiền 5.500 đô la mà Tesla hy vọng sẽ tiết kiệm được, bằng cách giảm chi phí sản xuất và chi tiêu vốn một lần.

Tesla đã có bí quyết này từ năm 2019 khi trả hơn 200 triệu USD cho Maxwell Technologies, một công ty ở San Diego sản xuất siêu tụ điện, lưu trữ năng lượng cho các thiết bị cần phát điện nhanh, như đèn flash máy ảnh.

Dựa trên công nghệ của Maxwell, Tesla đã bắt đầu sản xuất cell 4680 khô trong năm nay, lần đầu tiên trong một cuộc thử nghiệm gần nhà máy ở Fremont, California và gần đây là tại trụ sở toàn cầu mới ở Austin, Texas.

Công nghệ Xuất Sắc

Công nghệ này giúp Tesla loại bỏ quy trình sơn ướt cũ, phức tạp và tốn kém hơn. Quy trình cũ tốn kém vì cần nhiều điện, máy móc, không gian nhà xưởng, và lao động.

Để phủ các điện cực trong quy trình ướt, nhà sản xuất pin phải sử dụng vật liệu hòa tan trong dung môi độc hại. Sau khi phủ, các điện cực cần phải làm khô trong các lò lớn, và dung môi độc hại phải được thu hồi và tái chế, tất cả làm tăng chi phí.

Với công nghệ mới, các điện cực được phủ bằng các chất kết dính ít chất lỏng hơn, không cần phải làm khô. Điều này làm giảm chi phí, thời gian và gây ít tác động hại cho môi trường.

Tesla cho biết, do tính đơn giản của nó, quy trình này giúp giảm chi tiêu vốn xuống 1/3 và cắt giảm diện tích và năng lượng cần thiết cho quy trình pin ướt xuống còn 1/10.

Tuy nhiên, Tesla gặp khó khăn trong việc thương mại hóa quy trình này, theo các nguồn tin.

Maxwell đã phát triển quy trình phủ khô cho siêu tụ điện, nhưng việc phủ các điện cực cho pin EV gặp thách thức do chúng lớn hơn và dày hơn, làm cho quy trình sản xuất hàng loạt khó khăn hơn.

'Dù họ có thể bắt đầu với sản lượng nhỏ, khi chuyển sang sản xuất hàng loạt, Tesla đã đối mặt với nhiều sự từ chối', một nguồn tin có liên quan đến Tesla nói với Reuters.

Nguồn tin cho biết, năng suất sản xuất thấp đã làm mất tất cả các tiết kiệm chi phí được dự kiến từ quy trình mới.

Theo các nguồn tin, nếu tất cả các hiệu quả tiềm năng từ lớp phủ khô và các tế bào lớn hơn được thực hiện, chi phí sản xuất cho bộ pin 4680 của Model Y có thể giảm xuống còn 5.000 USD đến 5.500 USD - gần bằng một nửa chi phí của bộ pin 2170.

Tuy nhiên, tăng chi phí vật liệu và năng lượng làm tăng rủi ro cho những dự báo đó và Tesla vẫn chưa thể cải thiện đáng kể mật độ năng lượng của pin mới hoặc lượng năng lượng mà nó cung cấp, theo như lời hứa của tỷ phú Musk.

Bất chấp những thách thức, việc tiết kiệm dự kiến sẽ khiến pin 4680 trở thành 'loại pin hàng đầu trong ngành' trong tương lai gần, một nguồn tin cho biết.

Tiết kiệm chi phí

Các chuyên gia cho biết, hầu hết chi phí tiết kiệm từ 2.000 đến 3.000 USD với pin 4680 cho đến nay đến từ các cải tiến khác và việc sử dụng các ô lớn hơn đã được chứng minh là đặc biệt hiệu quả.

Pin 4680 có kích thước lớn hơn gấp 5,5 lần so với pin 2170 về thể tích. Với công nghệ trước đó, Tesla cần khoảng 4.400 tế bào để cung cấp năng lượng cho Model Y và phải hàn 17.600 điểm - 4 điểm trên mỗi tế bào - để tạo ra một gói tích hợp vào xe, nguồn tin cho biết.

Nhưng với bộ pin 4680, chỉ cần 830 ô và Tesla đã điều chỉnh thiết kế để chỉ có hai điểm hàn trên mỗi ô, giảm số điểm hàn xuống còn 1.660 điểm và tiết kiệm chi phí đáng kể.

Thiết kế đơn giản hơn cũng có nghĩa là ít đầu nối và các thành phần khác hơn, giúp Tesla tiết kiệm chi phí lao động và thời gian hoạt động của máy móc hơn.

Một lợi ích hiệu quả khác là vỏ ngoài cứng hơn của các ô lớn hơn. Tesla hiện có thể liên kết các ô với nhau bằng chất kết dính để tạo ra một gói cứng giống như tổ ong, sau đó được kết nối trực tiếp với cấu trúc bên trong của Model Y.

Điều này giúp loại bỏ bước trung gian là gộp các tế bào thành các mô-đun lớn hơn, sau đó lắp vào bộ pin theo cách truyền thống, các nguồn tin cho biết.

Chuyển sang thiết kế 'thành phần cho xe' này, Tesla có thể giảm trọng lượng của gói pin truyền thống từ 55 pound xuống còn 1.200 pound, tiết kiệm khoảng 500 đến 600 USD cho mỗi gói, một nguồn tin tiết lộ.

Tuy nhiên, kỹ thuật phủ khô vẫn là chìa khóa quan trọng.

Một nguồn tin nhấn mạnh: 'Việc tăng hiệu quả hoạt động của pin đã góp phần nâng cao hiệu suất, nhưng việc giảm 50% chi phí cho toàn bộ pin lại là một thách thức khác. Điều này sẽ phụ thuộc vào việc Tesla có thể triển khai thành công quy trình sơn khô trong nhà máy hay không.'