Pin xe điện kích cỡ nhỏ hứa hẹn trở thành xu hướng tương lai

Vật liệu mới giúp pin sạc siêu nhanh

Trong khi các đối thủ đang đuổi theo công ty dẫn đầu thị trường Tesla (Mỹ) và tìm cách sản xuất chiếc mẫu xe điện thể di chuyển 300 dặm (482 km) hoặc hơn giữa các lần sạc, các công ty khởi nghiệp (startup) về pin xe điện dự báo vấn đề phạm vi hoạt động của xe điện không còn quá quan trọng một khi các mạng lưới trạm sạc xe điện trở nên phổ biến hơn trong tương lai. Trong cuộc chạy đua phát triển các loại pin nhỏ và sạc cực nhanh, các startup đang thử nghiệm các vật liệu như silicon-carbon, vonfram và niobium.

Pin là bộ phận đắt tiền nhất của xe điện. Vì vậy, tốc độ sạc nhanh kết hợp với các trạm sạc có sẵn rộng rãi trong tương lai sẽ cho phép các hãng xe trang bị các bộ pin nhỏ hơn cho xe điện, giúp giá bán phải chăng hơn nhưng vẫn bảo đảm lợi nhuận tăng nhờ doanh số xe tiêu thụ nhiều hơn.

Sai Shivareddy, Giám đốc điều hành Nyobolt (Anh), startup đang phát triển vật liệu cực dương niobium oxide cho các loại pin có thể sạc trong vài phút, cho biết: “Những người dùng xe điện đầu tiên ở phân khúc cao cấp muốn có bộ pin lớn hơn và phạm vi hoạt động của xe xa hơn. Để phổ cập xe điện cho đại chúng vốn nhạy cảm hơn về chi phí, bạn cần các bộ pin nhỏ hơn nhưng phải giúp họ trải nghiệm tương tự như đối với ô tô chạy bằng nhiên liệu hóa thạch ngày nay khi bạn có thể nạp đầy bình xăng trong 5 phút”.

Trung Quốc đang thống trị hoạt động sản xuất pin xe điện toàn cầu. Các hãng pin của nước này như Contemporary Amperex Technology Co (CATL) đang phát triển các loại pin có thể giúp xe di chuyển xa hơn chỉ với một lần sạc.

Các hãng xe của Trung Quốc đã tung ra những mẫu xe điện nhỏ với chi phí thấp như mẫu xe Wuling Hongguang Mini, bán với giá khoảng 6.500 đô la Mỹ dù chi phí pin tăng mạnh gần đây. Mẫu xe này là sản phẩm của một liên doanh giữa  SAIC Motor, Wuling Motors và General Motors (Mỹ).

Các startup phương Tây như Nyobolt, Echion Technologies (Anh) và Group14 Technologies (Mỹ) đang nghiên cứu vật liệu điện cực để giúp sản xuất những loại pin sạc siêu nhanh. Theo nền tảng dữ liệu khởi nghiệp PitchBook, các khoản đầu tư vào công nghệ pin xe điện đã tăng hơn 6 lần lên 9,4 tỉ đô la Mỹ trong 2021 từ 1,5 tỉ đô la vào năm 2020 khi các hãng xe nhắm đến xu thế xe điện.

“Chúng ta đang trong giai đoạn phát triển sơ khai của pin”, Lincoln Merrihew, Phó chủ tịch Công phân tích dữ liệu Pulse Labs nói.

Xu hướng thu nhỏ pin cũng có thể giảm bớt tình trạng tắc nghẽn vật liệu pin hiện nay khi nhu cầu xe điện tăng cao, đồng thời giúp sử dụng ít hơn cobalt và nickel, hai vật liệu mà Trung Quốc đang chiếm ưu thế trong hoạt động tinh chế.

Một lợi ích khác là các nhà hãng xe có thể nâng cao tính bền vững nhờ sử dụng ít vật liệu độc hại hơn trong xe điện và thải ra ít khí CO2 hơn khi sản xuất chúng.

Jim Farley, Giám đốc điều hành Ford Motor, nói tại một hội nghị hồi tháng 6: “Thiết kế lại xe điện để giảm thiểu kích thước của pin vì nó quá đắt sẽ là một yếu tố thay đổi cuộc chơi”. Ông nói thêm, các hãng xe Mỹ muốn sử dụng “loại pin nhỏ nhất có thể cung cấp tầm hoạt động cạnh tranh” trong thế hệ xe điện tiếp theo của họ bắt đầu từ năm 2026.

Công nghệ sạc nhanh ngày nay bị hạn chế bởi khả năng hấp thụ điện năng nhanh chóng của pin. Sạc nhanh có thể làm giảm tuổi thọ của pin hoặc làm chúng quá nóng. Vì vậy, hầu hết các mẫu xe điện đều bị giới hạn tốc độ sạc để bảo vệ pin.

Giá xe điện sẽ rẻ hơn nhờ bộ pin nhỏ

Niobium là một kim loại dẻo thường được sử dụng để tăng độ bền của thép. Các mỏ niobium lớn nhất thế giới phân bố ở Brazil và Canada. Được sử dụng trong cực dương hoặc cực âm của pin xe điện, niobium có thể giúp sạc siêu nhanh và kéo dài tuổi thọ của pin hơn nhiều năm so với các loại pin hiện nay.

Nyobolt đang tập trung phát triển các bộ pin nhỏ cho các xe đua chạy điện hiệu suất cao còn Shivareddy cho biết sẽ mất nhiều năm kiểm chứng trước khi các hãng xe sẵn sàng sử dụng pin của Nyobolt trong các mẫu xe đại chúng.

Trong khi đó, pin có cực dương sử dụng niobium của Echion Technologies ban đầu dành cho xe điện thương mại hoạt động liên tục, cần sạc nhanh như xe buýt, xe taxi.

Jean de La Verpilliere, Giám đốc điều hành Echion Technologies, cho biết mục tiêu của công ty là sẵn sàng cung cấp pin kích cỡ nhỏ, sạc nhanh cho xe điện chở khách vào năm 2025. “Pin nhỏ hơn có nghĩa là giá rẻ hơn và nhờ vậy, nhiều người có thể mua được xe điện hơn”, ông nói.

Công ty khai khoáng CBMM của Brazil, nhà sản xuất niobium hàng đầu thế giới đã đầu tư vào Echion Technologies. Công ty này cũng đang thử nghiệm sử dụng niobium ở những công ty là Công ty vật liệu pin Nano One, Toshiba và Volkswagen Caminhoes e Onibus, công ty con của hãng sản xuất xe tải Traton Group (Brazil), đơn vị thành viên của hãng xe Volkswagen (Đức).

Rogerio Marques Ribas, người đứng đầu chương trình pin của CBMM, cho biết mặc dù mật độ trữ năng lượng của niobium có thể thấp hơn tới 20% so với một số loại pin hiện đại nhưng lại có thể giúp pin kéo dài tuổi thọ gấp ba 3-10 lần, hoạt động an toàn hơn và chỉ cần sạc trong vài phút. “Trong tương lai gần, mọi người sẽ hỏi, tại sao lại có một bộ pin lớn?”, Ribas nói.

Thị trường sẽ quyết định phạm vi vận hành của xe điện

Niobium không phải là vật liệu duy nhất mà các starup đang khám phá. Group14 Technologies đang phát triển vật liệu cực dương silicon-carbon, cho phép pin lithium-ion trữ được năng lượng nhiều hơn 50%. Công ty đã huy động được 400 triệu đô la Mỹ từ các nhà đầu tư hồi tháng 5.

Thử nghiệm sử dụng vật liệu của Group14, hãng pin StoreDot (Israel) có thể sạc pin đầy 80% dung lượng chỉ trong 10 phút. Giám đốc điều hành Group14 Technologies, Rick Luebbe cho biết vật liệu cực dương của công ty này có thể giúp sạc pin xe điện trong 5 phút.

“Khi tôi có thể sạc đầy pin trong vòng 5 hoặc 10 phút thì tầm hoạt động của xe điện, dù là 150 dặm hay 300 dặm, không còn thực sự quan trọng”, Luebbe nói.

Công Our Next Energy, có trụ sở tại bang Michigan (Mỹ) lại đang phát triển pin “”hóa học kép” Gemini bằng cách kết hợp bộ pin tiêu chuẩn Lithium Iron Phosphate (LFP) với một bộ pin thứ hai sử dụng các hóa chất cao cấp và đắt tiền hơn, giúp cung cấp phạm vi hoạt động đa dạng từ gần đến xa cho xe điện.

Mujeeb Ijaz, Giám đốc điều hành Our Next Energy, cho biết: “Thị trường cuối cùng sẽ quyết định mức độ phù hợp về phạm vi hoạt động của xe điện”.

Theo dữ liệu của ngành, trung bình một chiếc xe hơi ở Mỹ vận hành gần 30 dặm (48km) mỗi ngày. Ở châu Âu, mức trung bình vận hành của xe hơi chưa bằng một nửa con số này.

Isobel Sheldon, Giám đốc chiến lược Britishvolt, startup phát triển pin ở Anh, cho biết khi các chủ sở hữu xe điện nhận ra rằng đang trả nhiều hơn mức họ cần thì thị trường sẽ theo xu hướng chuộng các mẫu xe có phạm vi hoạt động ngắn hơn, có giá rẻ hơn nhờ bộ pin nhỏ.

“Hầu hết việc sử dụng xe hơi là để phục vụ các chuyến đi các cửa hàng, đi gặp bạn bè hoặc đưa lũ trẻ đến trường”, bà nói.