Thách thức với pin xe điện: Pin phải nhỏ, giá phải rẻ, sạc phải nhanh

Trong cuộc đua làm xe điện, các nhà sản xuất đang dồn nhiều lực vào việc cải thiện quãng đường di chuyển mỗi lần sạc để trấn an khách hàng khi cơ sở hạ tầng trạm sạc phát triển chưa đủ "chín". Mặc các hãng xe làm pin to lên, các nhà sản xuất pin lại đang tìm cách để pin xe điện nhỏ hơn, bền hơn và rẻ hơn trong tương lai, đồng thời cũng sạc nhanh hơn.

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

Dễ thấy rằng nhiều hãng xe trên thế giới đang cố gắng đuổi theo Tesla - hãng xe đứng đầu thị trường, tìm cách để làm ra những chiếc xe có thể đi được tới gần 500km hoặc hơn chỉ với một lần sạc.

Nhưng trong con mắt của các đơn vị khởi nghiệp về công nghệ pin, họ thấy rằng cự ly di chuyển sẽ bớt được quan tâm đi theo thời gian khi trạm sạc công cộng trở nên sẵn hơn. Trong công cuộc thu nhỏ và giảm thời gian sạc khối pin của xe điện, họ - các công ty công nghệ pin - đang thử nghiệm các vật liệu như silicon-carbon, vonfram hay niobium (một loại đất hiếm).

Bộ pin thường được coi là bộ phận có giá trị cao nhất trên xe điện, chỉ khi trạm sạc phổ biến hơn, sạc nhanh hơn thì các nhà sản xuất mới có thể cho ra các mẫu xe sử dụng pin nhỏ, giá thành dễ tiếp cận hơn, từ đó tăng lợi nhuận bằng cách bán được nhiều xe hơn. Cũng cần nhắc thêm rằng việc trạm sạc chưa phủ đủ rộng còn được coi là nguyên nhân cản trở quá trình chuyển đổi sang sử dụng xe điện.

Giám đốc Điều hành tại Nyobolt (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 dùng xe điện tại phân khúc cao hơn, đòi hỏi bộ pin lớn và đi được xa vì họ đủ năng lực kinh tế cho điều đó. [...] Đối với các phân khúc phổ thông mà nhạy cảm hơn với giá cả, bạn cần những bộ pin nhỏ... nhưng lại phải mang tới trải nghiệm tương tự như bây giờ (với các mẫu xe xăng), tức là có thể nạp đầy chỉ trong 5 phút".

Lâu nay, Trung Quốc vẫn thống lĩnh việc sản xuất pin cho xe điện toàn cầu, các công ty như Contemporary Amperex Technology Co (thường được gọi là CATL) thì lại đang phát triển những bộ pin có thể đi xa hơn trong một lần sạc.

Bên cạnh đó, các nhà sản xuất xe tại Trung Quốc cũng đã cho ra mắt những chiếc xe điện tí hon, rẻ bèo như Wuling Hongguang Mini, chiếc xe mới được tăng giá pin mà vẫn được bán với mức giá 6.500 USD. Mẫu xe này thực ra là kết quả của cái bắt tay giữa SAIC Motor, Wuling Motors của Trung Quốc và General Motors của Mỹ.

Wuling Hongguang Mini EV luôn được truyền thông với những hình ảnh gắn liền với cuộc sống của người trẻ năng động.

Ở bên kia bán cầu của chiếc xe điện tí hon Hongguang Mini, các công ty công nghệ pin khởi nghiệp như Nyobolt, Echion Technologies, Woodinville, hay Group14 lại đang tìm cách để đưa các loại pin sạc siêu nhanh nhờ ứng dụng các vật liệu mới tới thị trường.

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

Ông Lincoln Merrihew, Phó Chủ tịch tại công ty chuyên phân tích số liệu Pulse Labs phản ánh: "Việc phát triển pin của chúng ta đang trong giai đoạn thai nghén".

"MỘT MŨI TÊN TRÚNG HAI ĐÍCH"

Nhu cầu xe điện tăng cao nhưng nguồn cung nguyên liệu pin lại hạn hẹp đã tạo nên một nút thắt cổ chai, thì làm pin nhỏ thực ra cũng giúp giảm bớt tắc nghẽn tại điểm thắt này. Cần nêu 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 nắm giữ, cả khâu tinh chế lẫn xử lý.

Bên cạnh đó, khối pin nhỏ cũng đồng nghĩa rằng nhà sản xuất được phép tự hào hô rằng họ sử dụng ít hơn các nguyên liệu gây hại tới môi trường, giảm được lượng CO₂ thải ra trong quá trình sản xuất sản phẩm, đồng thời giúp sản phẩm dễ tiếp cận hơn.

Phải vậy mà CEO của Ford, ông Jim Farley, trong một cuộc hội thảo hồi tháng 6 đã phát biểu rằng: "Khi giá pin quá đắt, tinh chỉnh chiếc xe để thu nhỏ bộ pin sẽ là một bước ngoặt". Thương hiệu xe Mỹ này cũng mong muốn "pin nhỏ nhất nhưng cự ly di chuyển cạnh tranh nhất" với các mẫu xe điện thế hệ sau, kể từ năm 2026.

Trong khi đó, một số hãng thì đang cố gắng khai thác tối đa từ các loại pin hiện tại, tiêu biểu như Mercedes vừa công bố mẫu xe ý tưởng Mercedes Vision EQXX đã tự phá kỷ lục, đi được 1200km chỉ với một lần sạc.

Mercedes Vision EQXX đã tự phá kỷ lục của mình, thực hiện thành công chuyến đi 1.200km với một lần sạc.

Khả năng tiếp nhận dòng điện thực ra đang hạn chế khả năng sạc nhanh. Lý do nằm ở việc sạc nhanh có thể kéo ngắn tuổi thọ pin, hoặc làm pin quá nhiệt, do vậy mà hầu hết các mẫu xe điện sẽ kiểm soát dòng điện để bảo vệ pin.

Trong khi đó, Niobium với đặc tính trơ, các công ty khởi nghiệp công nghệ pin như Nyobolt hay Echion cho rằng Niobium khi sử dụng làm điện cực có thể chịu dòng điện sạc siêu siêu nhanh mà vẫn đảm bảo độ bền dài hơn vài năm so với công nghệ pin thời nay. NyoBolt hiện đang dành nhiều công sức cho các mẫu xe đua hiệu suất cao chạy điện; CEO Nyobolt, ông Sai Shivareddy, nói rằng sẽ mất vài năm để thử nghiệm trước khi các nhà sản xuất có thể ứng dụng vào bộ pin cho các mẫu xe sản xuất đại trà.

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

CBMM là một công ty tại Brazil, đứng vị trí hàng đầu trong việc sản xuất Niobium, hiện đã đầu tư cho Echion và cũng đang thử nghiệm Niobium với các đơn vị khác như công ty vật liệu pin như Nano One, Caminhoes e Onibus (đơn vị có Toshiba và Volkswagen đứng sau), Traton (trực 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 đem tới [bộ pin với] độ bền đâu đó cao hơn 3, 4 lần, và an toàn hơn với thời gian sạc tính bằng phút".

Ông cũng nhận định rằng: "Vật liệu thô sẽ là nút thắt cổ chai với pin. [...] Trong tương lai gần, người ta sẽ hỏi tại sao phải chọn pin lớn?"

ĐI XA CHƯA CHẮC ĐÃ CẦN THIẾT

Trên thực tế, Niobium không phải là nguyên liệu duy nhất mà các công ty khởi nghiệp này đang khai phá công năng. Ngoài thứ đất hiếm đó, Group14 Technologies hiện đang sử dụng điện cực làm từ silicon-carbon mà họ cho rằng sẽ giúp pin xe điện lưu trữ thêm 50% năng lượng. Thử nghiệm loại vật liệu này của Group14, StoreDot - công ty công nghệ pin khởi nghiệp mà VinFast đứng sau - đã sạc 80% dung lượng pin chỉ trong 10 phút. CEO của Group14, ông Rick Luebbe, cho rằng vật liệu làm cực anot của công ty có thể giúp một chiếc xe điện sạc chỉ trong vòng 5 phút.

Ông Rick Luebbe chia sẻ: "Khi tôi có thể sạc lại bộ pin chỉ trong 5 hoặc 10 phút... thì việc đi được bao xa cũng chẳng quan trọng lắm, dù cự ly di chuyển có là 300km hay 500km".

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

CEO Mujeeb Ijaz của Our Next Energy nêu quan điểm: "Sau cùng, thị trường sẽ tự quyết định xem cự ly di chuyển là bao nhiêu".

Phân tích số liệu, có thể thấy rằng người Mỹ lái trung bình 50km mỗi ngày, người dân châu Âu thì đi chưa bằng một nửa của người Mỹ.

Giám đốc Chiến lược của Britishvolt (công ty pin tại Anh quốc), bà Isobel Sheldon cho rằng khi người sử dụng xe điện nhận ra họ đang trả tiền cho những gì họ không dùng đến thì nhu cầu thị trường về cự ly di chuyển sẽ giảm: "Khi thị trường đạt tới độ chín, mọi người sẽ bắt đầu đặt câu hỏi rằng tại sao tôi lại phải trả cả vài nghìn USD cho một bộ pin mà tôi chẳng tận dụng được hết. [...] Hầu hết mọi người sử dụng xe để đi siêu thị, gặp bạn bè hoặc đưa con đến trường, không phải lái [từ Anh] đến Monaco".