'Thần đồng công nghệ pin' người Nhật phát minh ra công nghệ pin polymer mới, an toàn và tiết kiệm hơn pin lithium-ion 90%, sẽ được sản xuất hàng loạt vào đầu năm tới.

Những người theo dõi sự phát triển của ngành lưu trữ năng lượng không thể không biết đến tên Hideaki Hoire.

Pin lithium-ion là nguồn năng lượng cần thiết cho hệ sinh thái điện tử toàn cầu, từ điện thoại di động cho đến xe tự lái có thể loại bỏ hoàn toàn sự can thiệp của con người. Mọi sự quan tâm đều tập trung vào sự tiến bộ của pin, và khi một người từng giúp thương mại hóa pin lithium-ion cho biết anh ấy đã giảm giá thành sản xuất hàng loạt pin và cải thiện an toàn, chúng ta có thể nhận ra ngành công nghệ đang ở bước ngoặt quan trọng.

Hideaki Horie, người từng làm việc tại Nissan Motor với bằng thạc sĩ vật lý và kinh nghiệm làm pin nhiều năm, đang phát triển một loại pin hoàn toàn mới từ polymer. Công ty APB Corp của ông Horie đã nhận được đầu tư từ các tập đoàn lớn như Obayashi, Yokogawa Electric Corp và Teijin.

“Vấn đề chính trong việc sản xuất pin lithium ngày nay là các thành phần sử dụng, như chất bán dẫn chẳng hạn. Mục tiêu của chúng tôi là làm cho quy trình sản xuất pin giống như quy trình sản xuất thép công nghiệp”, ông Hideaki Horie nói trong một cuộc phỏng vấn.

Quá trình tạo ra một khoang - cell năng lượng, đơn vị cơ bản của mọi viên pin, rất phức tạp và đòi hỏi điều kiện nghiêm ngặt: phải có một phòng kín với độ ẩm ổn định, hệ thống lọc hoạt động chính xác để ngăn ngừa nhiễm bẩn. Chỉ các công ty hàng đầu như LG Chem của Hàn Quốc, CATL của Trung Quốc hoặc Panasonic của Nhật Bản mới đủ khả năng đầu tư hàng tỷ USD để xây dựng những nhà máy sản xuất pin chất lượng cao như vậy.

Sáng tạo của ông Horie nằm ở thành phần cơ bản nhất của pin, đó là điện cực được bọc trong kim loại và chất điện phân lỏng. Ông nói rằng quá trình sản xuất này đơn giản hóa và tăng tốc độ làm pin, và ông so sánh với việc “phết bơ lên bánh”. Quá trình sản xuất cho phép sắp xếp các tấm pin dài 10 mét lên nhau để tăng dung lượng, quan trọng hơn là loại pin polymer linh hoạt này không gây cháy nổ khi bị đâm thủng.

Tháng Ba năm nay, APB đã thu về 74 triệu USD, số tiền ít so với tiêu chuẩn của ngành pin nhưng cũng đủ để xây dựng thành công nhà máy đầu tiên; kế hoạch sản xuất hàng loạt dự kiến sẽ bắt đầu vào đầu năm sau. Ông Horie ước tính rằng quỹ của công ty sẽ đủ để nhà máy của ông đạt công suất 1 gigawatt-giờ vào năm 2023.

Gần 3 thập kỷ trước, chúng ta đã nhận ra tiềm năng lớn của pin lithium-ion và đã khai thác nó từ đó. Hiện tại, chúng đã trở nên linh hoạt hơn, cung cấp năng lượng nhiều hơn và giá thành giảm tới 85% so với 10 năm trước. Tuy nhiên, nguy cơ cháy nổ vẫn còn, chúng ta vẫn thấy rất nhiều trường hợp pin lithium-ion bắt lửa, nổ khiến người dùng bị thương, thậm chí tử vong. Khi vỏ bọc của pin bị đâm thủng, lượng điện phóng ra có thể lớn hơn cả dòng điện vào của một hộ gia đình, với nhiệt độ lên đến 700 độ C.

“Tính từ góc độ vật lý, pin lithium-ion là thiết bị làm nóng tốt nhất mà con người từng chế tạo ra”, ông Horie nhận định.

Pin của APB có thể tránh được thảm họa thông qua thiết kế lưỡng cực - bipolar design, cho phép bề mặt của pin hấp thu được lượng điện lớn phóng ra.

“Vì đã xảy ra nhiều tai nạn, ngành công nghiệp pin luôn đặt an toàn lên hàng đầu”, Mitalee Gupta, chuyên gia thị trường năng lượng tại Wood Mackenzie, nhận định. “[Pin của APB] có thể là một đột phá trong cả lưu trữ và ứng dụng xe điện, nếu công ty có thể tăng sản xuất nhanh chóng”.

Tuy nhiên, vẫn còn những thách thức cần phải giải quyết. Đầu tiên, theo Menahem Anderman, chủ tịch Total Battery Consulting, polymer không dẫn điện tốt như kim loại, có thể ảnh hưởng đến khả năng truyền tải điện của pin.

Thiết kế lưỡng cực cho phép các cell pin kết nối đầu đuôi với nhau, vô hình trung gây khó khăn cho việc kiểm soát điện năng của từng cell. Ông Anderman cũng nêu ý kiến về việc giảm chi phí sản xuất có đủ lớn để thay đổi cả ngành công nghiệp pin lithium-ion.

Ông Anderman dự đoán pin lithium-ion sẽ là trụ cột của ngành công nghệ ít nhất 15 năm nữa. Giá thành sản xuất không rẻ và pin không hoàn hảo, nhưng sự thay thế cho pin li-ion chỉ có thể là một công nghệ li-ion tiên tiến hơn.

Hideaki Horie hiểu rõ rằng APB không thể cạnh tranh với những khổng lồ ngành pin đang đầu tư hàng tỷ USD/năm vào dây chuyền sản xuất pin và nhận lợi nhuận từ thị trường vẫn đang phát triển mạnh mẽ. Thay vì cạnh tranh với pin li-ion trong các thiết bị cầm tay, ông Horie muốn phát triển pin cố định được sử dụng trong các tòa nhà, văn phòng hoặc nhà máy năng lượng. Theo dự đoán của Wood Mackenzie, thị trường này sẽ đạt trị giá 100 tỷ USD vào năm 2025, gấp 5 lần so với năm trước.

Ông Horie, nay đã 63 tuổi, là một trong những người tiên phong trong lĩnh vực nghiên cứu pin suốt từ những ngày đầu. Tháng Hai năm 1990, khi ông bắt đầu sự nghiệp tại Nissan, ông dẫn đầu nghiên cứu về phương tiện chạy điện và nhiên liệu hóa thạch/năng lượng sạch. Chỉ vài tuần sau đó, Sony công bố một đột phá đình đám khi họ giới thiệu pin lithium-ion, làm cho cả ngành năng lượng và sản xuất điện tử bất ngờ.

Ông Horie ngay lập tức nhận ra tiềm năng lớn của công nghệ mới này và thúc đẩy cả Sony và Nissan hợp tác để phát triển nó. Đến năm 2000, Nissan đã rời bỏ lĩnh vực phát triển thiết bị điện. Khi Nissan được Renault mua lại, ông Horie đã có cơ hội thuyết phục sếp mới, Carlos Ghosn, rằng xe điện là tương lai. Bài thuyết trình kéo dài 28 phút đã thu hút sự quan tâm của Ghosn, khiến chiếc xe điện Leaf của Nissan trở thành một trong những mẫu xe bán chạy nhất trong một thập kỷ.

Horie đã nảy ra ý tưởng phát triển pin polymer khi còn làm việc tại Nissan, nhưng không đủ hỗ trợ để biến ý tưởng thành hiện thực. Năm 2012, khi đang giảng dạy tại Đại học Tokyo, Sanyo Chemical Industries - một công ty nổi tiếng về vật liệu siêu thấm sử dụng trong tã em bé - đã tiếp xúc với ông.

Hợp tác với Sanyo, Horie đã thành công trong việc phát triển viên pin đầu tiên sử dụng chất dẫn điện là loại gel polymer. Năm 2018, ông thành lập công ty APB, với Sanyo Chemical là một trong những nhà đầu tư đầu tiên. Khách hàng đầu tiên của họ là một công ty sản xuất đồ xuất khẩu lớn của Nhật Bản, tuy nhiên Horie từ chối tiết lộ thêm chi tiết và nói rằng mọi điều sẽ được rõ ràng hơn vào tháng Tám tới.

“Đây sẽ là minh chứng cho tiềm năng sản xuất hàng loạt của loại pin mới này. Chúng ta sẽ làm cho ngành hóa học tiên tiến hơn”, ông Horie hứng hỏi nói.

Tham khảo JapanTimes