Cuộc chạy đua thương mại hóa pin thể rắn của ngành xe điện

[miro1510]

Một loạt các thông báo gần đây của các hãng xe và nhà sản xuất pin báo hiệu, pin thể rắn có thể được sản xuất hàng loạt và trang bị cho xe điện vào cuối thập niên này.

Pin thể rắn là loại pin sử dụng chất điện phân rắn (thay vì chất điện phân lỏng hoặc gel như trong pin lithium-ion truyền thống). So với pin lithium-ion, pin thể rắn có nhiều ưu điểm bao gồm an toàn hơn, tuổi thọ dài hơn, sử dụng ít vật liệu độc hại hơn, thể lưu trữ năng lượng nhiều hơn trên cùng một khối lượng hoặc thể tích, giúp tăng phạm vi hoạt động của xe điện.

Hồi tháng 4-2024, hãng xe điện Nio tổ chức một buổi lễ tại Nam Kinh, tỉnh Giang Tô (Trung Quốc) để đánh dấu bộ pin bán thể rắn đầu đầu tiên rời dây chuyền sản xuất. Bộ pin này được cho là cung cấp phạm vi di chuyển cho xe điện lên tới 1.000 km sau một lần sạc. Ảnh: CnEVPost.com

Thường được coi là “chén thánh” của phương tiện di chuyển xanh, pin thể rắn từ lâu bị mắc kẹt giữa lý thuyết và triển vọng thương mại hóa trong vòng 5 -10 năm tới.

Nhưng hàng loạt thông báo gần đây từ các nhà sản xuất ô tô lớn và các nhà sản xuất pin về lộ trình thương mại hóa pin thể rắn dường như đã khơi dậy sự lạc quan.

Pin thể rắn cung cấp mật độ năng lượng cao hơn đáng kể so với pin lithium-ion thông thường, làm dấy lên kỳ vọng rằng chúng có thể hỗ trợ thế hệ xe điện tiếp theo.

Công ty nghiên cứu Rho Motion của Anh nhận định, sự ra mắt của những chiếc xe điện sử dụng pin bán thể rắn đầu tiên Nio và IM Motors ở Trung Quốc vào nửa cuối năm ngoái có thể là chất xúc tác cho sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp pin thể rắn trong thời gian tới. Loại pin này kết hợp giữa công nghệ pin thể rắn và pin lithium-ion truyền thống.

Kể từ đó, một danh sách dài các hãng xe và hãng pin công bố rút ngắn lộ trình thương mại pin thể rắn để sản xuất hàng loạt cuối thập niên này.

Một số “ông lớn” của ngành ô tô đang cạnh tranh vị trí dẫn đầu trong cuộc đua pin thể rắn bao gồm Tập đoàn Volkswagen và Mercedes-Benz của Đức, Stellantis của Hà Lan, BYD của Trung Quốc và Nissan và Toyota của Nhật Bản.

“Nhiều công ty công bố động thái chuyển hướng trong lĩnh vực này đang nhắm mục tiêu sản xuất thương mại vào năm 2027-2028. Trong nhiều trường hợp, pin bán thể rắn sẽ được sản xuất trong thời gian ban đầu, thay vì pin thể rắn hoàn toàn”, Iola Hughes, giám đốc nghiên cứu của Rho Motion, chia sẻ.

Hughes đánh giá, pin bán thể rắn mang lại mật độ năng lượng và độ an toàn được cải thiện so với pin lithium-ion thông thường và dễ sản xuất hơn, khiến chúng trở thành cầu nối thiết thực hướng tới công nghệ thể rắn.

Tuy nhiên, loại pin này không sánh được với tiềm năng hiệu suất đầy đủ của pin thể rắn thực sự về mật độ năng lượng, độ nhỏ gọn và khả năng áp dụng trên quy mô lớn trong thời gian dài.

Pin thể rắn chứa chất điện phân rắn, được làm từ các vật liệu như gốm, trái ngược với pin lithium-ion thông thường chứa chất điện phân lỏng.

Những người ủng hộ cho rằng công nghệ này cung cấp pin an toàn hơn, rẻ hơn và mạnh hơn cho xe điện, đồng thời giúp sạc nhanh hơn. Pin thể rắn cũng có thể cho phép các nhà sản xuất phương Tây nội địa hóa sản xuất, từ đó thoát khỏi chuỗi cung ứng thống trị của Trung Quốc.

Trong khi đó, những người chỉ trích chỉ ra nhiều nhược điểm như chi phí sản xuất tương đối cao, pin bị phồng lên trong quá trình sạc và tế bào pin bị thoái hóa sau khi sạc quá lâu. Một số nhà sản xuất ô tô ủng hộ việc phát triển pin bán rắn để tận dụng ưu điểm của pin thể rắn và pin lithium-ion.

Theo Hughes của Rho Motion, BYD và hãng pin CATL được đánh giá có hội tốt hơn trong việc cung cấp pin thể rắn với khối lượng thương mại lớn so với các đối thủ.

Trong số các hãng xe phương Tây, Hughes cho biết, BMW và Mercedes có lẽ là những người dẫn đầu trong cuộc đua triển khai công nghệ này.

Các hãng xe phương Tây không chỉ đầu tư mạnh vào hoạt động nghiên cứu và thử nghiệm các nguyên mẫu mà còn đa dạng hóa rủi ro thông qua nhiều quan hệ đối tác. Ví dụ, Stellantis đã hợp tác với Factorial Energy, công ty đang nghiên cứu pin bán thể rắn.

Hãng xe Nissan của Nhật Bản xác nhận vận giữ mục tiêu cung cấp pin thể rắn vào năm 2028.

“Chúng tôi đang tiếp tục nghiên cứu và bám sát kế hoạch. Câu hỏi đặt ra là liệu thị trường có sẵn sàng cho pin thể rắn hay không và khi nào thì nên đầu tư mạnh vào việc triển khai loại công nghệ này. Đây là điều chúng tôi đang xem xét rất kỹ lưỡng”, CEO Nisaan Ivan Espinosa nói.

Tuy nhiên, sự hào hứng việc triển vọng trang bị pin thể rắn cho xe điện đang vấp phải hiện thực khó khăn. Dù được kỳ vọng là “chén thánh” của ngành xe điện với ưu điểm về an toàn, mật độ năng lượng cao và sạc nhanh, việc thương mại hóa pin thể rắn vẫn đang đối mặt với nhiều vấn đề kỹ thuật.

Các công ty phương Tây như QuantumScape (được Volkswagen hậu thuẫn) liên tục trì hoãn việc ra mắt sản phẩm pin thể rắn do gặp các vấn đề công nghệ dai dẳng.

Các cải tiến trong công nghệ pin lithium-ion hiện có, đặc biệt là pin lithium-ion phosphate (LFP), đang làm giảm sức hút của pin thể rắn.

Hồi tháng Tư, CATL công bố sản phẩm pin Shenxing LFP có thể cung cấp 520 km phạm vi di chuyển chỉ với 5 phút sạc. BYD cũng ra mắt hệ thống sạc siêu nhanh chỉ một tháng trước đó.

Những tiến bộ này giúp giải quyết mối lo lắng xe điện hết pin giữa đường, một rào cản lớn khiến người tiêu dùng ngần ngại chuyển sang xe điện.

Ngoài ra, pin thể rắn có chi phí sản xuất cao, trong khi các công nghệ pin hiện tại (như pin LFP) đang đạt được hiệu suất tương tự với chi phí thấp hơn.

“Nếu những hứa hẹn về pin thể rắn không được cải thiện trong khi các công nghệ pin hiện tại bắt kịp, lợi ích và lý do đầu tư cho loại pin này sẽ suy yếu đáng kể”, Connor Watts, nhà phân tích nguyên liệu thô của pin ở Fastmarkets nhận định