Thách thức của pin xe điện: Pin cần nhỏ gọn, giá phải hợp lý, và thời gian sạc cần phải nhanh chóng

Người dùng mong đợi có xe điện có thể di chuyển xa hơn, nhưng điều này có vẻ không thể xảy ra trong tương lai.

Trong cuộc đua phát triển xe điện, các nhà sản xuất đang tập trung vào việc cải thiện khả năng di chuyển sau mỗi lần sạc để làm hài lòng khách hàng trong bối cảnh cơ sở hạ tầng sạc chưa đủ phát triển. Mặc dù nhiều hãng xe đang cố gắng làm pin lớn hơn, nhưng các nhà sản xuất pin lại đang nỗ lực tạo ra pin xe điện nhỏ gọn, bền bỉ và giá cả phải chăng hơn trong tương lai, đồng thời cũng cải thiện thời gian sạc.

'GIẢI MÃ' CÔNG NGHỆ PIN XE ĐIỆN CỦA TƯƠNG LAI

Có thể thấy nhiều hãng xe trên thế giới đang cố gắng bắt kịp Tesla - nhà sản xuất hàng đầu thị trường, để sản xuất ra những chiếc xe có thể đi được hơn 500km chỉ với một lần sạc.

Tuy nhiên, trong quan điểm của các công ty khởi nghiệp về công nghệ pin, họ nhận thấy rằng sự quan trọng của khoảng cách di chuyển sẽ giảm dần khi trạm sạc công cộng trở nên phổ biến hơn. Đồng thời, trong việc thu nhỏ kích thước và giảm thời gian sạc pin xe điện, họ đang thử nghiệm các vật liệu như silicon-carbon, wolfram hoặc niobium (một loại khoáng chất hiếm).

Pin thường được xem là một trong những thành phần quan trọng nhất trên xe điện. Chỉ khi hạ tầng sạc trở nên phổ biến và sạc nhanh hơn, các nhà sản xuất mới có thể sản xuất ra các mẫu xe sử dụng pin nhỏ, giá cả hợp lý hơn, từ đó tăng doanh số bán hàng. Việc hạ tầng sạc chưa đầy đủ cũng được xem là một nguyên nhân gây trở ngại trong quá trình chuyển đổi sang việc sử dụng xe điện.

Giám đốc điều hành của Nyobolt (một công ty khởi nghiệp sử dụng Oxit Niobium làm pin xe điện có thể sạc trong vài phút), ông Sai Shivareddy, cho biết: 'Những người tiên phong đang sử dụng xe điện ở phân khúc cao cấp, họ đòi hỏi pin lớn và khả năng di chuyển xa vì họ có khả năng kinh tế để làm điều đó. [...] Đối với những phân khúc thị trường phổ thông, nhạy cảm hơn với giá cả, bạn cần những bộ pin nhỏ... nhưng vẫn cung cấp trải nghiệm tương tự như hiện tại (với các loại xe xăng), có thể sạc đầy chỉ trong 5 phút'.

Trung Quốc đã lâu là quốc gia dẫn đầu trong sản xuất pin cho xe điện trên toàn thế giới, với các công ty như Contemporary Amperex Technology Co (thường được gọi là CATL) đang phát triển những bộ pin có khả năng di chuyển xa hơn trong một lần sạc.

Bên cạnh đó, các nhà sản xuất xe tại Trung Quốc cũng đã tung ra những mẫu xe điện nhỏ, giá thành rẻ như Wuling Hongguang Mini, một chiếc xe được nâng cấp pin nhưng vẫn được bán với giá chỉ 6.500 USD. Mẫu xe này thực sự là kết quả của sự hợp tác giữa SAIC Motor, Wuling Motors của Trung Quốc và General Motors của Mỹ.

Ở bên kia của hành tinh với chiếc xe điện nhỏ gọn Hongguang Mini, các công ty khởi nghiệp công nghệ pin như Nyobolt, Echion Technologies, Woodinville, hay Group14 đang nỗ lực để mang các loại pin sạc siêu nhanh ra thị trường bằng cách áp dụng các vật liệu mới.

Theo thông tin từ PitchBook, đầu tư vào công nghệ pin xe điện đã tăng gấp 6 lần, từ 1,5 tỷ USD vào năm 2020 lên 9,4 tỷ USD vào năm 2021.

Ông Lincoln Merrihew, Phó Chủ tịch của Pulse Labs - công ty chuyên phân tích dữ liệu, nhận định: 'Quá trình phát triển pin của chúng ta đang trong giai đoạn đầy thách thức'.

'MỘT MŨI TÊN TRÚNG HAI ĐÍCH'

Nhu cầu xe điện tăng cao nhưng nguồn cung nguyên liệu pin lại hạn chế đã tạo ra một nút thắt cổ chai, việc làm pin nhỏ thực ra cũng giúp giảm bớt tắc nghẽn tại điểm này. Cần lưu ý rằng thị trường cô-ban và niken (2 nguyên liệu quan trọng trong cấu thành của một bộ pin xe điện) đang được Trung Quốc kiểm soát, cả trong khâu tinh chế và xử lý.

Ngoài ra, việc sử dụng khối pin nhỏ cũng là cách để nhà sản xuất tự hào về việc giảm thiểu sử dụng nguyên liệu gây hại cho môi trường, giảm lượng CO₂ thải ra trong quá trình sản xuất, đồng thời làm cho sản phẩm dễ tiếp cận hơn.

CEO của Ford, ông Jim Farley, tại một hội thảo vào tháng 6 đã nói rằng: 'Khi giá pin đắt đỏ, việc điều chỉnh xe để giảm kích thước pin sẽ là một bước quan trọng'. Hãng xe Mỹ này cũng muốn 'sở hữu pin nhỏ nhất nhưng có thể di chuyển xa nhất' với các mẫu xe điện thế hệ sau, bắt đầu từ năm 2026.

Trong khi đó, một số hãng đang cố gắng tận dụng tối đa từ các loại pin hiện có, ví dụ như Mercedes vừa giới thiệu mẫu xe Vision EQXX có thể đi được 1200km chỉ sau một lần sạc, phá kỷ lục.

Khả năng tiếp nhận dòng điện hiện đang hạn chế khả năng sạc nhanh. Lý do là sạc nhanh có thể làm giảm tuổi thọ pin hoặc làm pin quá nhiệt, vì vậy hầu hết các mẫu xe điện đều kiểm soát dòng điện để bảo vệ pin.

Trong khi đó, Niobium với tính chất ổn định, các công ty khởi nghiệp công nghệ pin như Nyobolt hay Echion cho rằng Niobium khi được sử dụng làm điện cực có thể chịu dòng điện sạc siêu nhanh mà vẫn đảm bảo độ bền cao hơn vài năm so với công nghệ pin hiện nay. NyoBolt hiện đang tập trung vào việc phát triển các mẫu xe đua hiệu suất cao chạy điện; CEO Nyobolt, ông Sai Shivareddy, cho biết sẽ mất vài năm để thử nghiệm trước khi các nhà sản xuất có thể áp dụng vào bộ pin cho các mẫu xe sản xuất hàng loạt.

'Hàng xóm' của Nyobolt và Echion đã phát triển những mẫu pin thử nghiệm với điện cực chứa Niobium, hiện đang cung cấp cho các mẫu xe điện chuyên dụng như xe hầm mỏ, hoạt động thường xuyên và cần sạc nhanh. CEO của Echion, ông Jean de La Verpilliere, đặt mục tiêu cung cấp cho xe con từ năm 2025. Ông nói: 'Pin nhỏ hơn thì giá cả sẽ rẻ hơn, sẽ có nhiều người hơn có thể mua được xe điện'.

CBMM là một công ty ở Brazil, đứng đầu trong việc sản xuất Niobium, đã đầu tư cho Echion và đang thử nghiệm Niobium với các đối tác như Nano One, Caminhoes e Onibus (liên doanh của Toshiba và Volkswagen), Traton (thuộc Volkswagen).

Người đứng đầu bộ phận phát triển pin, ông Rogerio Marques Ribas, nói rằng dù pin sử dụng Niobium có mật độ năng lượng thấp hơn 20% so với công nghệ pin hiện tại, nhưng 'chúng tôi có thể mang lại [bộ pin với] độ bền cao gấp 3, 4 lần, và an toàn hơn với thời gian sạc tính bằng phút'.

Ông cũng cho biết rằng: 'Vật liệu thô sẽ là nút thắt cổ chai của pin. [...] Trong tương lai gần, người ta sẽ đặt câu hỏi tại sao cần pin lớn?'

KHÔNG CHẮC CẦN THIẾT ĐI XA

Thực tế, Niobium không phải là nguyên liệu duy nhất mà các công ty này đang nghiên cứu. Ngoài Niobium, Group14 Technologies đang sử dụng điện cực làm từ silicon-carbon để tăng khả năng lưu trữ năng lượng pin xe điện thêm 50%. Thử nghiệm của Group14, một đối tác của StoreDot - công ty công nghệ pin mà VinFast đầu tư - đã sạc được 80% dung lượng pin chỉ trong 10 phút. CEO của Group14, ông Rick Luebbe, tin rằng vật liệu của công ty có thể giúp một chiếc xe điện sạc đầy chỉ trong 5 phút.

Ông Rick Luebbe nói: 'Khi tôi có thể sạc lại bộ pin chỉ trong 5 hoặc 10 phút... thì việc đi xa không còn quan trọng nữa, dù cự ly có là 300km hay 500km'.

Trong khi đó, công ty khởi nghiệp Our Next Energy (ONE) tại bang Michigan, Mỹ đang phát triển loại 'pin kép' mà họ gọi là Gemini, sử dụng song song cả pin LFP và pin tiên tiến hơn, tạo ra lựa chọn pin với cự ly di chuyển ngắn, trung bình hoặc dài.

CEO Mujeeb Ijaz của Our Next Energy nói: 'Cuối cùng, thị trường sẽ quyết định cự ly di chuyển là bao xa'.

Phân tích số liệu, thấy rằng người Mỹ lái trung bình 50km mỗi ngày, người châu Âu thì đi ít hơn nữa so với người Mỹ.

Giám đốc Chiến lược của Britishvolt (công ty pin tại Anh quốc), bà Isobel Sheldon nói rằng khi người dùng xe điện nhận ra họ trả tiền cho những gì họ không cần, nhu cầu thị trường về cự ly di chuyển sẽ giảm: 'Khi thị trường đủ chín, mọi người sẽ bắt đầu tự hỏi tại sao tôi phải trả vài nghìn USD cho một bộ pin không tận dụng hết được. [...] Hầu hết mọi người chỉ dùng xe để đi siêu thị, gặp bạn bè hoặc đưa con đi học, không phải đi từ Anh đến Monaco'.