Pin thể rắn: “Viên đạn bạc” thay đổi cuộc chơi EV của nhà sản xuất lớn thứ 3 Nhật Bản

Hiện tại, nhà máy sản xuất chẳng khác gì một mê cung với những bức tường chưa hoàn thiện và những ống dẫn khí lủng lẳng trong một nhà máy gia công cũ được tái sử dụng tại khu phức hợp nhà máy rộng lớn ở Yokohama của Nissan.

Nhưng chỉ ít tháng tới, nhà sản xuất ô tô số 3 Nhật Bản cho biết, thiết bị sản xuất hiện đại sẽ được lắp đặt và tiến hành chạy thử loại pin đột phá thế hệ tiếp theo.

Các giám đốc điều hành cho biết trong chuyến tham quan cơ sở ngày 16 tháng 4, khối lượng ban đầu sẽ được giới hạn ở vài chục nghìn pin, chỉ đủ để cung cấp năng lượng cho một số ít xe nguyên mẫu.

Tuy nhiên, quá trình chạy thử nghiệm sẽ dần dần mở rộng quy mô lên khoảng 100 megawatt mỗi năm, hoặc đủ cho khoảng 1.000 đến 2.000 xe điện, tùy thuộc vào kích cỡ pin, Phó chủ tịch điều hành Hideyuki Sakamoto, giám đốc sản xuất toàn cầu của Nissan cho biết.

Sau khi quá trình sản xuất hàng loạt bắt đầu vào năm tài chính kết thúc vào ngày 31 tháng 3 năm 2029, sản lượng cuối cùng có thể đạt từ 3 đến 30 gigawatt mỗi năm.

Nissan sẽ thử nghiệm pin trên xe điện EV nguyên mẫu trên đường công cộng trong năm tài chính kết thúc vào ngày 31 tháng 3 năm 2027, sau đó triển khai chúng trên xe điện EV sản xuất trong năm tài chính kết thúc vào ngày 31 tháng 3 năm 2029.

Shunichi Inamijima, phó chủ tịch tập đoàn phụ trách hệ thống truyền động và kỹ thuật xe điện cho biết: “Loại pin thể rắn mà chúng tôi đang nghiên cứu sẽ là yếu tố thay đổi cuộc chơi cho sự thâm nhập của xe điện”.

Nissan cho biết hãng có kế hoạch đầu tư khoảng 1,2 tỷ USD vào việc phát triển pin thể rắn.

Mục tiêu của Nissan

Thí điểm đột phá về pin là biểu tượng mạnh mẽ cho sự chuyển đổi của Nhật Bản từ động cơ đốt trong sang thời đại điện khí hóa hiện đại.

Các nhà sản xuất ô tô từ Toyota đến Honda đang cơ cấu lại hoạt động trong nước để đáp ứng nhu cầu điện khí hóa.

Nissan, Toyota và Honda nghiên cứu pin thể rắn để giành lại lợi thế trong cuộc đua xe điện toàn cầu, sau khi tụt lại phía sau các đối thủ quốc tế như Tesla và BYD của Trung Quốc.

Giám đốc điều hành Makoto Uchida đã tiết lộ một kế hoạch kinh doanh trung hạn mới vào ngày 25 tháng 3, trong đó dự kiến sẽ đạt được 40% doanh số bán hàng toàn cầu của Nissan từ xe điện thuần túy trong năm tài chính kết thúc vào tháng 3 năm 2031. Con số này tăng từ 9% trong năm tài chính kết thúc vào ngày 31 tháng 3 năm 2024.

Một dòng xe điện mô-đun thế hệ tiếp theo ra mắt sau tháng 4 năm 2027 sẽ là chìa khóa. Vào cuối thập kỷ này, Nissan cho rằng xe điện mới của họ có thể đạt được mức chi phí tương đương với ô tô chạy bằng xăng.

Tổng chi phí sẽ giảm 30% so với xe điện hiện tại của Nissan. Nissan tin rằng họ có thể tiết kiệm 150 tỷ yên (990,7 triệu USD) chi phí phát triển cho làn sóng các mẫu xe thế hệ tiếp theo.

Đặc biệt, Nissan có thể cung cấp pin thể rắn vào năm 2028, có năng lượng gấp đôi pin lithium ion, sạc trong 1/3 thời gian và có giá 75 USD/kWh.

Nissan cũng cho rằng họ có thể giảm chi phí đó xuống còn 65 USD trong thời gian quá dài, đạt được mức giá ngang bằng với xe chạy xăng.

Đột phá về pin

Các công nghệ pin mới khác đang được nghiên cứu bao gồm pin lithium-ion niken-coban-mangan thế hệ tiếp theo, pin lithium iron phosphate.

Pin lithium ion niken-coban-mangan sẽ giúp giảm 50% thời gian sạc nhanh và cải thiện 50% mật độ năng lượng so với pin được sử dụng trong chiếc crossover EV của Ariya.

Nissan có kế hoạch ra mắt loại pin lithium-ion mới trên mẫu crossover EV ba hàng ghế dự kiến ra mắt vào năm tài chính kết thúc vào ngày 31 tháng 3 năm 2029.

Pin sắt photphat, thường có giá thấp hơn so với pin niken-coban-mangan, sẽ giảm chi phí 30% so với pin lithium ion tiêu chuẩn trên Sakura.

Bộ năng lượng sắt phốt phát sẽ được sản xuất tại Nhật Bản và ra mắt trên ô tô mini nội địa trong năm tài chính kết thúc vào ngày 31 tháng 3 năm 2029. Bộ pin thể rắn hứa hẹn những cải tiến về an toàn, chi phí, trọng lượng và hiệu suất so với pin lithium-ion ngày nay. Và điều quan trọng nhất là chúng có thể thúc đẩy việc áp dụng xe điện rộng rãi hơn trong các phân khúc phổ biến như xe bán tải, SUV cỡ lớn và xe thể thao, nơi trọng lượng và kích thước là vấn đề.

Tuy nhiên, pin vẫn phải đối mặt với những rào cản lớn về công nghệ và kiểm soát chất lượng. Các tấm tách bằng gốm có thể bị nứt, các sợi nhánh có thể hình thành trong chất điện phân giống như bột bả có thể làm chập mạch pin và việc sản xuất số lượng lớn đòi hỏi các tiêu chuẩn chính xác khó duy trì.

Những thách thức trong sản xuất bao gồm việc trộn đúng cách các nguyên liệu thô cho chất điện phân và điện cực để có độ đồng đều và sau đó áp dụng hỗn hợp một cách trơn tru.

Tìm đúng nguyên liệu

Nissan đã sử dụng chất điện phân rắn sunfua với vật liệu liên kết thấm vào các hạt điện phân thay vì phủ chúng. Điều này cho phép các ion vận chuyển tốt hơn so với các chất hóa học trước đây trong đó lớp phủ liên kết cản trở quá trình vận chuyển trơn tru.

Nissan lựa chọn kim loại lithium thay vì than chì ở cực dương. Điều này mang lại nhiều công suất năng lượng hơn nhưng khó xử lý hơn do phạm vi giãn nở co lại rộng hơn trong quá trình sạc và xả. Nó cũng phải không có tạp chất để tránh thoát nhiệt.

Các vật liệu phải được trộn kỹ để tránh các sợi nhánh và tối đa hóa dòng ion. Nissan đã dành rất nhiều thời gian nghiên cứu các quy trình pha trộn được sử dụng trong thế giới ẩm thực để hoàn thiện kỹ thuật của mình.

Kazuhiko Murata, phó chủ tịch tập đoàn phụ trách hệ thống truyền động và kỹ thuật sản xuất xe điện nói: “Nó giống như nấu ăn vậy. Chúng tôi đã đánh giá rất nhiều phương pháp nấu ăn từ một ngành hoàn toàn khác, dẫn đến một quy trình trộn đồng nhất”.

Cuối cùng, chất điện phân cần được xử lý trong phòng khô ráo. Điều này đòi hỏi toàn bộ khu vực phải được bịt kín và bơm khô bằng máy hút ẩm để tránh hơi ẩm.

Nhà máy thí điểm của Nissan có diện tích khoảng 10.000 mét vuông, rộng khoảng 75 mét và dài 135 mét.

Nó chiếm một phần của một nhà máy cũ với tổng diện tích khoảng 30.000 mét vuông, cho phép có nhiều không gian để mở rộng sau khi bắt đầu sản xuất hàng loạt.

Nissan dự kiến sẽ tuyển dụng tới 200 nhân sự cho nhà máy mới.

Cuộc đua toàn cầu

Các nhà sản xuất ô tô Nhật Bản nằm trong số những người lạc quan về công nghệ. Toyota, Nissan và Honda dự kiến bán xe thể rắn sẽ ra mắt thị trường vào nửa cuối thập niên 2020.

Các công ty châu Âu bao gồm Tập đoàn Volkswagen và BMW cũng đang tập trung vào thị trường pin thể rắn, trong khi các công ty mang theo hy vọng của Trung Quốc bao gồm SAIC Motors và thương hiệu Hyper của GAC Aion cũng đã tham gia vào cuộc cạnh tranh.

Toyota đã công bố vào năm ngoái rằng họ có kế hoạch phát triển hai phiên bản pin thể rắn.

Chiếc đầu tiên sẽ xuất hiện vào khoảng năm 2027 đến 2028. Toyota đặt mục tiêu đi được hơn 1.000 km cho bộ pin đó và dự đoán nó sẽ sạc lại từ 10 đến 80% trong khoảng 10 phút.

Chiếc thứ hai sẽ đến sau đó, vào một ngày không xác định. Toyota cho biết họ sẽ có phạm vi hoạt động vượt quá 1.200 km.

Toyota cung cấp một chiếc xe nguyên mẫu chạy bằng pin thể rắn vào năm 2020 với chiếc xe LQ. Tuy nhiên, việc sản xuất hàng loạt pin với tốc độ và chất lượng phù hợp rất phức tạp.

Trong khi đó, Honda đang xây dựng một dây chuyền thử nghiệm pin thể rắn và nghiên cứu công nghệ này để thúc đẩy quá trình chuyển đổi trở thành nhà sản xuất ô tô không dùng động cơ đốt trong vào năm 2040.