Công Nghệ Pin Xe Ô Tô Điện: Hiện Trạng Và Triển Vọng

Thị trường xe điện (EV) toàn cầu dự kiến ​​sẽ đạt hơn 1 nghìn tỷ đô la vào năm 2029. Tốc độ tăng trưởng dự kiến ​​là 6.63% trong giai đoạn 2024 – 2029. Đây chính là dấu hiệu báo động cho sự phát triển vượt bậc của công nghệ pin xe ô tô điện trong tương lai. Hãy cùng Fascha tìm hiểu xem thế giới đang làm gì để phát triển tương lai của công nghệ pin xe điện.

Sự phát triển của công nghệ pin xe ô tô điện

Tại Việt Nam, gần như công nghệ pin xe điện chưa phát triển vì công nghệ thường sử dụng là pin lithium-ion chưa phát triển. Do đó, nhắc đến một “ngành” công nghệ pin chúng ta sẽ không liên tưởng đến Việt Nam. Hãy cùng các chuyên gia của trạm sạc Fascha hướng mắt nhìn ra sự phát triển của thế giới.

Hiện tại, Pin lithium-ion chủ yếu thay thế pin niken kim loại hydride (NiMH) trong xe điện. Công nghệ này có mật độ năng lượng và tốc độ xả thấp hơn, nghĩa là phạm vi lái xe ngắn hơn và thời gian sạc lâu hơn. Chính vì vậy, các nhà sản xuất đang tìm cách nghiên cứu và cải tạo quy trình sản xuất để ra đời nhiều sản phẩm chất lượng hơn.

Pin lithium sắt phosphate được kỳ vọng là công nghệ mới sẽ thay thế pin lithium-ion điện cực kim loại. Chúng đã được sử dụng cho hầu hết các loại xe điện sản xuất tại Trung Quốc, đang dần có mặt tại thị trường Hoa Kỳ, Châu Âu,… Ưu điểm là giá thành thấp hơn và dễ dàng sử dụng kim loại thông thường như sắt và phosphate.

Pin thể rắn được nhắc đến nhiều như là loại pin thế hệ tiếp theo sẽ cách mạng hóa xe điện. Chúng được đánh giá có tuổi thọ dài hơn, phạm vi hoạt động tăng lên, trọng lượng nhẹ hơn và thời gian sạc nhanh hơn đáng kể. Toyota đang đặt mục tiêu nghiên cứu sản phẩm vào năm 2027-2028 với phạm vi hoạt động 1.000 km và thời gian sạc nhanh là 10 phút.

Những đổi mới nhỏ đang dần được thực hiện ngay trong thập kỷ này

Cuộc đua đang diễn ra để xem công nghệ pin mới nào có thể chuyển từ phòng thí nghiệm sang sản xuất thương mại trước tiên. Trạm sạc Fascha đã tổng hợp một số công ty đã có cải tiến gia tăng so với pin lithium-ion hiện tại và được áp dụng là:

• Sila Nanotechnologies đã thay thế cực dương graphite bằng silicon để giảm trọng lượng và tăng mật độ năng lượng. 
• OneD đang nghiên cứu truyền các cực dương graphite bằng nanowire silicon để tăng hiệu suất.
• Công nghệ pin natri-ion đang thay thế pin lithium đắt tiền bằng pin natri giá rẻ và phổ biến hơn.
• Mercedes Benz và IBM Research hợp tác phát triển pin sử dụng vật liệu chiết xuất từ ​​nước biển.
• Theo nhà phát triển Nawa Technologies, điện cực ống nano carbon có thể tăng mật độ pin lên 300% và giảm thời gian sạc xuống còn năm phút.
• Thiết kế pin 4680 mới của Tesla nhằm mục đích tăng mật độ năng lượng lên 16%. Một lần sạc sẽ cung cấp phạm vi hoạt động xa hơn và xe sẽ có tổng trọng lượng nhẹ hơn.

4 loại pin dự đoán sẽ trở thành cơn sốt trong 3 năm tới

Các nhà sản xuất ô tô dự kiến ​​sẽ đầu tư khoảng 1,2 nghìn tỷ đô la vào năm 2030 để phát triển và sản xuất xe điện, pin và nguyên liệu thô. Đến năm 2030, các nhà sản xuất ô tô dự định sản xuất 54 triệu xe điện. Ngoài ra, các loại trạm sạc nhanh DC cho mục đích công cộng cũng được mở ra như nấm. Chỉ các con số đó thôi đủ để ta thấy đây là thị trường tiềm năng đến mức nào. 

Và hiện tại, dễ dàng nhận ra rằng đang có sự chuyển dịch trong công nghệ pin với sự xuất hiện của 4 cái tên tiềm năng:

Pin Anode Silicon

Các cực dương trong pin lithium-ion này sử dụng silicon để thay thế than chì. Ưu điểm của chúng là khả năng lưu trữ nhiều ion lithium hơn gấp mười lần. Pin sử dụng cực dương silicon cung cấp mật độ năng lượng cao hơn. Tuy nhiên trong quá trình sạc, silicon sẽ giãn nở đáng kể, gây ra ứng suất cơ học và có khả năng làm hỏng cấu trúc của pin.

Thông qua vật liệu cải tiến và kỹ thuật pin, Amprius Technologies đã phát triển các anode silicon giải quyết những thách thức liên quan đến sự giãn nở của silicon trong quá trình tuần hoàn. Các cell pin anode silicon mới nhất có dung lượng gấp khoảng mười lần so với pin anode graphite.

Pin Graphene

Graphene là một lớp nguyên tử cacbon đơn được sắp xếp theo mạng lưới tổ ong hai chiều. Graphene có thể được sử dụng trong điện cực của pin để cải thiện độ dẫn điện và khả năng cung cấp năng lượng. Chúng cũng là chất dẫn nhiệt tuyệt vời, giúp tản nhiệt nhanh và cải thiện độ bền của pin.

Là vật liệu hai chiều, graphene là vật liệu mỏng nhất thế giới đồng thời có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt đặc biệt. Tuy nhiên, sản xuất chúng khá tốn kém và các thành phần chưa có sự ổn định tuyệt đối, cần nghiên cứu thêm.

Xem thêm: Pin Xe Điện Đắt “Cắt Cổ”? Giải Pháp Nào Cho Anh Em Mình?

Pin Lithium – Lưu huỳnh

Pin Li-S có nhiều năng lượng trên một kilôgam hơn pin lithium-ion vì lưu huỳnh có dung lượng cao hơn. Vậy nên, chúng nhẹ hơn, vật liệu chế tạo pin lithium-ion như coban, lưu huỳnh cũng rẻ hơn. Vấn đề chính của pin lithium-lưu huỳnh là tuổi thọ ngắn, cực dương kim loại lithium khiến pin dễ bị hình thành dendrite.

Pin thể rắn

Chúng làm từ gốm hoặc polyme, chất điện phân rắn giúp các ion di chuyển giữa các điện cực mà không có nguy cơ rò rỉ chất lỏng hoặc nguy cơ hỏa hoạn. Thiết kế của pin thể rắn có nghĩa là chúng có khả năng chứa nhiều năng lượng hơn vào một không gian nhỏ hơn. Tất nhiên, nhược điểm của chúng là chi phí sản xuất hiện tại đang khá cao.