“Biến số” mới với công nghệ pin cho xe điện

Điều này xảy ra khi doanh số bán xe điện ngày càng tăng, tiếp tục thúc đẩy nhu cầu về pin toàn cầu, thúc đẩy các hãng ô tô lớn hợp tác với các nhà sản xuất pin lớn trên con đường điện khí hóa hoàn toàn.

"Nếu có một cuộc đua ngựa giữa pin thể rắn và cực dương silicon thì ít nhất là tại thời điểm này, silicon dường như đang dẫn trước", Venkat Srinivasan, giám đốc Trung tâm hợp tác về khoa học lưu trữ năng lượng tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne của chính phủ Mỹ cho biết.

Cực dương (anode) silicon dường như đang dẫn đầu trong cuộc đua thương mại hóa các công nghệ pin thế hệ tiếp theo cho xe điện.

Sự xôn xao xung quanh anode silicon, hứa hẹn cải thiện công suất và khả năng sạc nhanh hơn cho xe điện, đã gia tăng trong những tháng gần đây, ngay khi sự “cường điệu” xung quanh pin thể rắn dường như đã lắng xuống.

Sự kiện này diễn ra khi doanh số bán xe điện ngày càng tăng tiếp tục thúc đẩy nhu cầu về pin toàn cầu, thúc đẩy các hãng ô tô lớn hợp tác với các nhà sản xuất pin lớn trên con đường điện khí hóa hoàn toàn.

Trong khi một số OEM (nhà sản xuất thiết bị gốc) đã ký kết thỏa thuận với các nhà phát triển pin thể rắn, các hãng sản xuất ô tô như Mercedes, Porsche đều đặt cược lớn vào anode silicon để mang lại sự thay đổi mang tính chuyển đổi trong khoa học đằng sau xe điện.

Một báo cáo gần đây từ công ty tư vấn IDTechEx mô tả lời hứa về vật liệu anode silicon tiên tiến là "rất lớn" trong việc cải thiện các lĩnh vực quan trọng của hiệu suất pin, lưu ý rằng tiềm năng này đã không bị các hãng ô tô và những người chơi chính trong ngành pin bỏ qua.

Tuy nhiên, báo cáo cảnh báo rằng những thách thức như vòng đời, thời hạn sử dụng và có lẽ quan trọng nhất chi phí, cần phải được giải quyết để áp dụng rộng rãi.

Venkat Srinivasan, giám đốc Trung tâm hợp tác về khoa học lưu trữ năng lượng tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne của chính phủ Mỹ tại Chicago, cho biết anode silicon có vẻ vượt trội hơn pin thể rắn.

Silicon có thể giúp tạo ra xe điện giá rẻ hơn và pin mạnh hơn như thế nào?

5 năm trước, pin anode silicon có tuổi thọ khoảng một năm, nhưng dữ liệu gần đây dường như cho thấy độ bền của những vật liệu này được cải thiện đáng kể, với một số thử nghiệm hiện dự đoán tuổi thọ theo lịch là ba đến bốn năm.

Không giống như chu kỳ vòng đời của pin, tính số lần có thể sạc và xả, tuổi thọ theo lịch đo lường sự suy giảm theo thời gian, thông thường, tuổi thọ của pin là khoảng thời gian pin có thể hoạt động ở mức hơn 80% công suất ban đầu, bất kể mức sử dụng.

Srinivasan cho biết pin thể rắn, từ lâu được coi là "chén thánh" của việc lái xe bền vững, vẫn còn một chặng đường dài trước khi có thể sánh kịp với tiến bộ gần đây của cực dương silicon.

"Sự chuyển đổi đó vẫn phải được thực hiện ở trạng thái rắn với pin kim loại của họ và đó là lý do tại sao tôi nghĩ bạn nghe mọi người nói rằng, ôi, có vẻ như lời hứa đó đã không thành hiện thực", Srinivasan nói. "Điều đó không có nghĩa là chúng ta sẽ không đạt được điều đó. Nó có thể xảy ra trong một vài năm nữa. Nó chỉ có nghĩa là ngày nay silicon đang ở một phần khác của mức độ sẵn sàng công nghệ".

Cực dương silicon so với pin thể rắn

Các nhà phân tích cho rằng về mặt lý thuyết, cực dương silicon cung cấp mật độ năng lượng gấp 10 lần so với than chì, loại than chì thường được sử dụng trong cực dương pin hiện nay. Tuy nhiên, những vật liệu tương tự này thường bị m suy thoái nhanh khi sử dụng nhiều silicon.

“Anode silicon và pin thể rắn là hai xu hướng công nghệ mới nổi trên thị trường pin EV nhằm mục đích mở rộng ranh giới của các cell pin hiệu suất cao”, Rory McNulty, nhà phân tích nghiên cứu cấp cao tại Benchmark Mineral Intelligence, chia sẻ.

Thông thường, hiệu suất pin tốt hơn sẽ phải trả giá bằng tuổi thọ hoặc độ an toàn, McNulty cho biết. Ví dụ, cực dương silicon được biết là sẽ nở ra đáng kể trong quá trình sạc, làm giảm tuổi thọ của pin.

Để so sánh, McNulty cho hay pin thể rắn được cho là cải thiện đáng kể độ ổn định của chất điện phân đối với vật liệu điện cực hiệu suất cao, khắc phục những thách thức khi sử dụng vật liệu có mật độ năng lượng cao như silicon và lithium.

Đúng như tên gọi, pin thể rắn chứa chất điện phân rắn, được làm từ các vật liệu như gốm. Điều đó khiến chúng khác với pin lithium-ion thông thường, chứa chất điện phân lỏng.

Đặc biệt là ở phương Tây, những tiến bộ trong lĩnh vực cực dương silicon được coi là cơ hội chiến lược để bắt kịp Trung Quốc.

Toyota và Nissan của Nhật Bản đều cho biết họ đang đặt mục tiêu đưa pin thể rắn vào sản xuất hàng loạt trong những năm tới, trong khi SAIC Motor Corp của Trung Quốc được cho là đã tuyên bố vào đầu tháng 9 rằng thương hiệu MG của họ sẽ trang bị pin thể rắn cho ô tô trong vòng 12 tháng tới.

Tuy nhiên, các nhà phân tích vẫn còn hoài nghi về thời điểm pin thể rắn thực sự có mặt trên thị trường.

Một cơ hội chiến lược?

"Các cực dương làm từ silicon hứa hẹn sẽ là công nghệ thế hệ tiếp theo trong lĩnh vực cực dương, cung cấp giải pháp sạc nhanh hơn", Georgi Georgiev, nhà phân tích nguyên liệu thô cho pin tại công ty tư vấn Fastmarkets cho hay.

Georgiev nhận định một số công ty trong ngành đã tìm hiểu về tiềm năng của cực dương silicon, từ các nhà cung cấp cực dương lâu đời ở Trung Quốc và Hàn Quốc cho đến các công ty mới như ProLogium của Đài Loan và các nhà sản xuất Group14 & Sila Nanotechnologies của Mỹ.

"Ở phương Tây, những tiến bộ trong lĩnh vực cực dương silicon được coi là cơ hội chiến lược để bắt kịp Trung Quốc, quốc gia thống trị chuỗi cung ứng cực dương làm từ than chì với các nhà sản xuất cực dương Trung Quốc nắm giữ 98% thị trường cực dương toàn cầu cho pin", Georgiev cho biết. "Tuy nhiên, có những thách thức kỹ thuật đáng kể đối với cực dương silicon 100% như sự giãn nở của silicon ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin và hiện có một số cách để sản xuất cực dương silicon”.

ProLogium, trích dẫn dữ liệu thử nghiệm, nói rằng pin anode silicon 100% của họ có thể sạc từ 5% đến 60% chỉ trong 5 phút và đạt 80% trong 8,5 phút. Họ mô tả sự tiến bộ này là "thành tựu vô song trên thị trường EV cạnh tranh", điều này sẽ giúp giảm thời gian sạc và mở rộng phạm vi của EV.

Georgiev của Fastmarkets cho rằng có một dấu hỏi lớn về việc thương mại hóa anode silicon là chi phí sản xuất và liệu bất kỳ nhà sản xuất anode silicon lớn nào "có thể sản xuất vật liệu ở quy mô lớn với chất lượng đồng đều và giá cả cạnh tranh hay không. Đây là yêu cầu chính của OEM. Ở giai đoạn này, anode silicon được sử dụng nhiều hơn như một chất phụ gia cho anode gốc than chì và trong những năm tới. Hi vọng sẽ thấy sự gia tăng thị phần silicon trong anode, nhưng khi kết hợp với than chì, trong khi anode silicon 100% sẽ mất nhiều thời gian hơn để thâm nhập vào thị trường đại chúng”.