Sự trỗi dậy của pin EV thể rắn

Hành trình pin EV chỉ mới bắt đầu

Để hiểu rõ hơn về bức tranh doanh số bán xe điện, hãy tính đến chiếc xe ICE (động cơ đốt trong) đầu tiên lăn bánh trên đường phố trong quá trình sản xuất thương mại được ghi nhận là của Carl Benz của Đức vào năm 1886 và không có gì thay đổi cơ bản kể từ đó.

“Đến những năm 1890, ô tô đã đạt đến giai đoạn phát triển hiện đại. Trên thực tế, các mẫu xe của thập kỷ đó đã thành công đến mức không có thay đổi cơ bản nào về nguyên lý của động cơ ô tô thông thường kể từ thời điểm đó", Giáo sư danh dự và Giám đốc Viện Lịch sử Công cộng tại Đại học Houston Martin Melosi cho biết.

Lĩnh vực ICE đã chứng kiến rất nhiều thay đổi kể từ những năm 1890, nhưng một góc độ quan trọng khác là khả năng chi trả và điều đó cũng không thay đổi nhiều trong hơn 100 năm qua. Bước quan trọng chỉ là chuyển từ chế tạo riêng lẻ sang sản xuất dây chuyền lắp ráp.

Mặc dù Henry Ford thường được biết đến với việc giới thiệu khả năng chi trả của dây chuyền lắp ráp cho xe ICE, nhưng công ty có tên Olds Motor Vehicle Company mới là công ty đầu tiên sử dụng dây chuyền lắp ráp cố định, công ty đã bắt đầu sản xuất hàng loạt xe chạy điện "Curved Dash" từ năm 1901.

Xe ICE hiện đại chạy trên đường ngày nay được hỗ trợ bởi hơn 120 năm nghiên cứu và phát triển kỹ thuật và sản xuất. Ngược lại, pin EV hiện đại dựa trên công nghệ lithium-ion được phát minh vào năm 1972.

Để rút ngắn hơn nữa mốc thời gian của pin EV, pin Li-ion đã trải qua một loạt thất bại và thành công vào đầu những năm 1970. Lần đầu tiên sử dụng pin Li-ion trong xe điện không diễn ra cho đến năm 1998, khi Nissan giới thiệu Altra EV.

Pin EV lithium-ion sản xuất hàng loạt hiện nay chỉ có tuổi đời khoảng 26 năm R&D. Thậm chí còn ít hơn nếu năm 2002, năm Nissan ngừng sản xuất Altra EV. Tesla không giới thiệu Roadster cho đến năm 2008, nhưng đã dừng sản xuất vào năm 2012 với doanh số chưa đến 2.500 xe. Cuối cùng, Model S đã ra mắt vào năm 2012 với quy mô phù hợp để áp dụng đại trà. Tuy nhiên, giá ngang bằng với xe ICE vẫn còn rất xa, một phần là do chi phí pin EV cao.

Pin EV thể rắn vươn lên

Với suy nghĩ đó, hãy cùng xem nhanh quá trình ra đời của công nghệ pin thể rắn mới. Trong suốt thời gian qua, pin EV lithium-ion đã dựa vào chất điện phân lỏng dựa trên dung dịch dễ cháy. Những nhà đổi mới về lưu trữ năng lượng đã thiết kế các hệ thống an toàn vào chất điện phân, nhưng mối lo ngại về nguy cơ hỏa hoạn và hạn chế về hiệu suất đã thúc đẩy một cuộc điều tra về thủy tinh, gốm sứ công nghệ cao và các giải pháp thay thế rắn khác.

Pin thể rắn bắt đầu xuất hiện trên radar CleanTechnica chỉ khoảng 10 năm trước, một rào cản lớn là ứng suất xảy ra khi vật liệu rắn co lại và giãn nở trong các chu kỳ sạc-xả. Một giải pháp là kết hợp các lớp rắn và không rắn, tạo ra kiến trúc bán rắn, bán rắn hoặc một phần rắn mà một số bên liên quan thích mô tả đơn giản là rắn. Loại pin này đã sẵn sàng để sản xuất hàng loạt trong vài năm tới. Nhiều nhà quan sát trong ngành ô tô dự đoán rằng pin EV hoàn toàn rắn sẽ sớm xuất hiện.

Pin thể rắn đang có những bược tiến lớn trong ngành EV.

Đến năm 2022, các nhà sản xuất ô tô hàng đầu đã đàm phán các thỏa thuận với các bên liên quan đến pin EV thể rắn trước khi mực khô trên phòng thí nghiệm. Điều đó đưa chúng ta đến với QuantumScape, công ty đã ký kết thỏa thuận chiến lược với chi nhánh điện khí hóa PowerCo của Volkswagen chỉ vài tháng trước.

Trong một bức thư công khai gửi đến các cổ đông được đăng vào ngày 23 tháng 10, QuantumScape thông báo rằng họ đã bắt đầu sản xuất Mẫu B của pin EV thể rắn QSE-5 mới và vận chuyển chúng đến tay khách hàng để thử nghiệm. Công ty trích dẫn mật độ năng lượng hơn 800 Wh/L (Watt/lít) cho QSE-5, cùng với khả năng sạc nhanh trong vòng chưa đầy 15 phút, từ 10% đến 80%.

“QSE-5 đại diện cho một cột mốc quan trọng đối với công ty chúng tôi và toàn bộ ngành công nghiệp pin. Theo hiểu biết của chúng tôi, những cell này là thiết kế cell lithium-metal thể rắn không có cực dương đầu tiên từng được sản xuất cho các ứng dụng ô tô”, QuantumScape ám chỉ đến quy trình sản xuất trong đó cell pin được chế tạo ở trạng thái xả. Sau đó, cực dương tự lắp ráp trong chu kỳ sạc đầu tiên.

"Pin này có khả năng cung cấp hiệu suất vượt trội đồng thời về mật độ năng lượng, công suất xả, tốc độ sạc, hiệu suất ở nhiệt độ thấp và độ an toàn", công ty cho biết thêm.

Mặc dù QuantumScape cũng thông báo rằng quá trình thử nghiệm Mẫu B liên quan đến quá trình phản hồi và phản hồi của khách hàng kéo dài nhiều tháng, công ty cũng khẳng định rằng họ đã thiết lập được thiết kế cơ bản và hồ sơ hiệu suất của loại pin mới.

"Chúng tôi phải cải thiện đáng kể các số liệu như độ tin cậy của pin, năng suất và năng suất thiết bị, trong số những số liệu khác", QuantumScape nhấn mạnh rằng dự kiến sẽ có thêm nhiều điều chỉnh nữa.

Sản xuất pin EV hiệu suất cao và giá cả phải chăng hơn

Chi phí cuối cùng của pin vẫn chưa được xác định, nhưng quy trình sản xuất độc quyền của QuantumScape sẽ góp phần vào xu hướng cắt giảm chi phí đang diễn ra trên toàn ngành.

QuantumScape lưu ý rằng để cải thiện các số liệu về pin EV trong giai đoạn Mẫu B, công ty sẽ đưa quy trình tách Cobra vào sản xuất bắt đầu từ năm sau. Cobra là sản phẩm kế thừa của quy trình xử lý nhiệt hiệu quả năng lượng Raptor của công ty.

Raptor đã được triển khai trong lịch trình sản xuất khối lượng thấp hơn của công ty. Quy trình Cobra sẽ đáp ứng khối lượng sản xuất thậm chí còn cao hơn và cải thiện hiệu suất, cho phép QuantumScape vận chuyển nhiều mẫu hơn nhanh hơn, do đó đẩy nhanh vòng phản hồi của khách hàng trong giai đoạn Mẫu B của thử nghiệm QSE-5.

Người ta vẫn chưa biết pin EV thể rắn mới giúp Volkswagen vượt qua Tesla ở mức độ nào về mặt doanh số bán hàng tại Mỹ, nhưng công ty đã sử dụng càng nhiều đòn bẩy càng tốt. Ngoài các xe EV mang thương hiệu riêng của mình, mùa hè năm ngoái, Volkswagen đã ký một thỏa thuận trị giá 5 tỷ USD với Rivian và chi nhánh Scout Motors mới của công ty đang chuẩn bị sản xuất hàng loạt một mẫu SUV điện và một mẫu xe bán tải vào năm 2027.

Nam Nguyễn