Hấp dẫn nhưng còn nhiều vấn đề

Những người tiên phong trong lĩnh vực pin thể rắn cho biết công nghệ này nếu được hoàn thiện, sẽ giảm giá thành và trọng lượng xe điện, và có thể tăng gấp đôi phạm vi hoạt động. Các Chính phủ sẽ không cần trợ cấp để bán chúng. Người mua trong khi đó sẽ rất hào hứng.

Vì những tiềm năng hấp dẫn nên các nhà sản xuất ô tô hàng đầu thế giới và chính phủ Trung Quốc đang đầu tư ồ ạt. Những loại pin thế hệ tiếp theo đang tìm cách sử dụng điện cực rắn và chất điện phân rắn, thay thế chất điện phân lỏng hoặc gel có trong pin lithium-ion thông thường.

Đa phần ý kiến chung cho rằng thành công chỉ còn cách một bước chân nữa. Donald Sadoway, Giáo sư Hóa học Vật liệu tại Viện Công nghệ Massachusetts, cho biết công nghệ này không chỉ chưa hoàn thiện mà khả năng sản xuất ở quy mô lớn vẫn còn khó nắm bắt.

Ông nói công nghệ pin lithium-ion hiện tại, vốn đã chuyển từ công nghệ gốc niken sang lithium-sắt phosphate (LFP), sẽ phải đủ dùng trong một thời gian nữa. Pin LFP rẻ hơn với mật độ năng lượng thấp hơn, cho phạm vi hoạt động ngắn hơn nhưng vẫn chấp nhận được so với pin gốc niken. Pin niken vẫn sẽ cần thiết cho những chiếc xe đắt tiền hơn, đòi hỏi phạm vi hoạt động xa hơn.

Phó chủ tịch của IDTechEX, công ty tư vấn công nghệ có trụ sở tại Cambridge, Anh, Tiến sĩ James Edmondson, cho rằng đang có những tiến bộ và chỉ ra rằng pin thể rắn không phải là một công nghệ đơn lẻ mà bao gồm nhiều chiến lược khác nhau với mục tiêu cuối cùng là loại bỏ chất điện phân lỏng và thay thế bằng chất điện phân rắn. Một số loại pin thể rắn hiện có có các thành phần lỏng nhỏ.

Vào cuối thập kỷ này, Edmondson dự kiến sẽ thấy các nguyên mẫu pin thể rắn thực sự từ nay đến năm 2028, với những chiếc xe cao cấp là những mẫu xe đầu tiên được áp dụng vào cuối thập kỷ này.

“Về việc chúng được sản xuất với số lượng lớn hơn, chúng tôi không mong đợi điều đó cho đến những năm 2030. Thậm chí đến năm 2035, chúng tôi dự đoán công suất pin thể rắn sẽ chỉ hơn 100 GWH, so với dự đoán cho toàn bộ thị trường xe điện vào khoảng 3.800 GWH trong cùng năm đó”, Edmondson chia sẻ.

“Pin thể rắn ban đầu sẽ có giá thành cao do quy mô sản xuất thấp hơn nhiều. Chi phí cell pin trung bình cho pin lithium-ion thông thường là khoảng 80 USD/kWh vào năm 2024. Chúng tôi dự đoán pin thể rắn sẽ không đạt được mức giá này cho đến cuối những năm 2020. Việc giảm một nửa giá thành sẽ còn rất xa vời, và có thể là không thể, đặc biệt là khi giá lithium-ion vẫn đang giảm, cuối cùng bạn sẽ phải đối mặt với chi phí vật liệu cơ bản”, Edmondson nói.

Việc đóng gói pin phức tạp

Pin thể rắn có tiềm năng cách mạng hóa ngành công nghiệp pin bằng cách cải thiện hiệu suất, độ an toàn và tuổi thọ.

“Nhìn chung, pin thể rắn vẫn có thể đạt được mật độ năng lượng cao hơn đáng kể, nhưng điều này sẽ không đơn giản như việc có những pin chứa gấp đôi năng lượng đồng nghĩa với việc có một bộ pin chứa gấp đôi năng lượng”, ông Edmondson nói.

Tuy nhiên, theo ông Sadoway của MIT, điều này còn quá sớm, vì vẫn còn những rào cản kỹ thuật cơ bản.

“Công nghệ pin thể rắn vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển, và tôi không thấy bất kỳ sản phẩm nào trên thị trường có thể đạt đến gần mức hoàn thiện”, ông Sadoway nhấn mạnh. “Chúng tôi không thấy bất cứ thứ gì xuất hiện trên thị trường do những rào cản vật lý cơ bản. Hiện tại, việc vượt qua những rào cản này thực sự rất khó khăn, và nếu làm được, thì sẽ có khả năng sản xuất. Vì vậy, có một vấn đề khoa học và một vấn đề sản xuất (ở quy mô lớn”.

Sadoway đã nhiều năm chỉ ra những vấn đề cơ bản trong việc phát triển công nghệ thể rắn vẫn chưa được giải quyết. Sadoway đã và đang nghiên cứu pin nhôm-lưu huỳnh, mà ông cho rằng sẽ rẻ hơn ở quy mô lớn và an toàn hơn pin lithium-ion vì nó không có khả năng cháy. Nhưng dự án đã bị đình trệ do thiếu kinh phí.

Đẩy xe điện vượt xa xe ICE

“Những tác động sẽ rất lớn nếu công nghệ này có thể được hiện thực hóa. Xe điện đã chiếm được thị phần đáng kể. Với mật độ năng lượng tối đa, độ an toàn được cải thiện và khả năng sạc nhanh hơn, gần như mọi sự phản đối việc áp dụng xe điện sẽ bị loại bỏ. Trên thực tế, những tiến bộ như vậy có thể đưa xe điện vượt xa khả năng của xe ICE hiện nay”, Tiến sĩ Timothy Gotsick, Phó Chủ tịch Công nghệ & Đổi mới tại MacDermid Enthone Industrial Solutions, cho hay. “Tất nhiên, nếu dễ dàng, thì đã làm được rồi. Nhưng với mức độ rủi ro cao như vậy, nhiều công ty đang chạy đua để biến điều đó thành hiện thực”.

“Chúng tôi dự kiến những chiếc xe sản xuất sử dụng pin thể rắn sẽ lăn bánh trên đường trước những năm 2030, nhưng không phải trên những chiếc xe sản xuất lớn hơn cho đến những năm 2030, và ngay cả khi đó, pin Li-ion truyền thống vẫn có khả năng duy trì phần lớn thị phần”, Edmondson nhận định.

Tại châu Âu, các chính trị gia đã ra sắc lệnh sẽ không có xe ICE mới nào được bán sau năm 2035. Các dự báo cho thấy điều đó rất khó xảy ra với công nghệ hiện tại. Việc nhanh chóng áp dụng pin thể rắn sẽ làm thay đổi doanh số bán xe điện.

Tại Mỹ, chính quyền của Tổng thống Trump thì đã từ bỏ kế hoạch buộc ít nhất một nửa doanh số bán xe sedan và SUV mới tại Mỹ vào năm 2030 phải là xe điện. Điều này cũng dễ hiểu vì Sadoway của MIT cho biết đến năm 2035 tại Mỹ, xe ICE, xe hybrid và doanh số bán xe điện sẽ gần tương đương với hiện nay, nhưng một vấn đề khác sẽ cần được quan tâm là lưới điện.

“Vào năm 2035, thị trường ô tô tại Mỹ sẽ gần như tương đương với hiện nay, nhưng đến lúc đó, nhu cầu điện khổng lồ từ máy tính, AI và xe điện sẽ kết hợp lại và đòi hỏi nhiều điện hơn khả năng cung cấp của lưới điện”, Sadoway nói.

Việc triển khai pin thể rắn nhanh chóng rõ ràng chưa thể là giải pháp xử lý được mọi vấn đề cho xe điện.