Chạy đua phát triển công nghệ pin ô tô điện

Tụt hậu khá xa so với các nhà sản xuất châu Á trong việc chế tạo pin ô tô điện, các hãng xe Mỹ đang chạy đua phát triển một thế hệ pin mới rẻ hơn, có thể cung cấp nhiều năng lượng hơn và sạc nhanh hơn...

Pin sẽ giúp xác định giá xe ô tô mới và có thể trở thành tính năng chủ chốt của xe,
giống như megapixel trên máy ảnh hay tốc độ xử lý của chip máy tính ...​

Đây là một cuộc thi toàn cầu có tác động kinh tế to lớn đến các nhà sản xuất ô tô, các công ty sản xuất pin nhỏ và người mua ô tô, những người trong một vài năm tới sẽ có một loạt lựa chọn ô tô điện sử dụng các loại pin khác nhau khi kỷ nguyên động cơ đốt trong thoái trào.

Thành phần hóa học của pin - một chủ đề kỹ thuật vốn là sở thích của các kỹ sư - đã trở thành một trong những chủ đề thảo luận sôi nổi nhất trong các phòng họp công ty của General Motors, Toyota, Ford Motor và Volkswagen, cũng như ở Nhà Trắng.

Với sự hỗ trợ về tài chính và công nghệ từ chính phủ, những công ty khổng lồ này đang bắt tay với các công ty khởi nghiệp để không bị bỏ lại phía sau cuộc cách mạng công nghiệp do ô tô điện gây ra. Khả năng làm chủ công nghệ pin của các nhà sản xuất ô tô có thể giúp xác định công ty nào phát triển mạnh và công ty nào bị Tesla và các doanh nghiệp ô tô điện khác vượt mặt.

Pin sẽ giúp xác định giá xe ô tô mới và có thể trở thành tính năng chủ chốt của xe. Giống như megapixel trên máy ảnh hay tốc độ xử lý của chip máy tính mà người tiêu dùng từng ám ảnh, các tính năng của pin sẽ là thước đo để đánh giá và mua xe. 

Các nhà sản xuất ô tô đang tham gia một khóa học về pin vì nhu cầu về ô tô điện đang tăng cao. Các công ty phải tìm ra cách làm cho pin rẻ hơn và tốt hơn. Ngày nay, pin có thể chiếm một phần tư đến một phần ba giá thành của ô tô điện. Và hầu hết những loại pin này được sản xuất bởi một số công ty châu Á.

Ngay cả Tesla, nhà sản xuất ô tô điện chiếm ưu thế, cũng phụ thuộc vào các nhà cung cấp châu Á và đang tìm cách đưa thêm ngành sản xuất trong nước.

Tổng thống Biden trong tháng này đã khuyến khích các công ty chuyển chuỗi cung ứng pin sang Mỹ. Cuộc xâm lược của Nga vào Ukraine nhấn mạnh tầm quan trọng chiến lược của những nỗ lực như vậy. Volkswagen đã buộc phải tạm thời đóng cửa nhà máy sản xuất xe điện chính của mình ở Đức sau khi giao tranh làm gián đoạn nguồn cung cấp.

Các quan chức hàng đầu của chính quyền Biden cho biết họ muốn giúp đỡ, thừa nhận rằng Mỹ đã thực hiện một công việc kém hiệu quả trong việc tận dụng các công nghệ pin được tạo ra trong nước. Nhiều phát minh trong số đó đã khai sinh ra một ngành công nghiệp khổng lồ ở Trung Quốc.

Pin rẻ hơn và bền hơn

Hầu hết pin lithium ion được sử dụng trong xe điện dựa trên niken, mangan và coban. Tuy nhiên, một số nhà sản xuất ô tô, bao gồm Tesla và Ford, đang chuyển sang sử dụng pin trong ít nhất một số phương tiện sử dụng lithium iron phosphate, vốn phổ biến ở Trung Quốc. Những loại pin LFP này, như chúng đã biết, không thể lưu trữ nhiều năng lượng trên mỗi pound, nhưng chúng rẻ hơn nhiều và tuổi thọ lâu hơn.

Tesla có kế hoạch cung cấp pin LFP cho các loại xe điện tầm ngắn hơn, giá thấp hơn. Ford đang có kế hoạch sử dụng chúng trong một số xe tải được bán dưới thương hiệu Ion Boost Pro cho các chủ sở hữu đội xe.

Hầu hết các nhà sản xuất ô tô lớn đều đặt cược lớn vào công nghệ pin thể rắn.

Ông Thai-Tang, giám đốc điều hành Ford, cho biết Ford đang hợp tác với SK Innovation của Hàn Quốc để sản xuất pin, nhưng họ hy vọng sẽ đưa phần lớn sản xuất sang Mỹ. “Điều đó sẽ giảm bớt một số thách thức về địa chính trị cũng như chi phí hậu cần”.

Nhưng pin LFP không phải là một giải pháp hoàn chỉnh. Xe Tesla sử dụng loại pin này chỉ có thể lái khoảng 270 dặm trong một lần sạc, so với khoảng 358 dặm đối với các mẫu xe tương tự chạy bằng pin niken và coban. Ngoài ra, pin LFP có thể mất một phần năng lượng khi nhiệt độ giảm xuống dưới mức đóng băng và mất nhiều thời gian để sạc hơn.

Chiếc xe bán tải F-150 chạy điện mới của Ford, chưa bán ra nhưng đã có 200.000 lượt đặt trước, sẽ sử dụng pin có tỷ lệ niken đậm đặc năng lượng cao hơn, cũng do SK Innovation sản xuất.

G.M. tuyên bố rằng tế bào pin Ultium của nó cần chưa đến 70% coban so với pin được sử dụng trong chiếc hatchback điện Chevrolet Bolt. Công ty đã thêm nhôm vào pin của mình. Chiếc xe bán tải GMC Hummer mà G.M. gần đây đã bắt đầu bán, là chiếc xe đầu tiên có pin này.

G.M., hợp tác với LG Chem của Hàn Quốc, đang xây dựng một nhà máy sản xuất pin trị giá 2,3 tỷ USD ở Lordstown, Ohio. Đây là một trong ít nhất 13 nhà máy sản xuất pin lớn đang được xây dựng ở Mỹ.

Pin đã trở nên quan trọng đối với việc xây dựng thương hiệu ô tô - G.M. đang chạy quảng cáo cho pin Ultium. Pin phải đáng tin cậy và an toàn. G.M. đã phải thu hồi Bolt để sửa lỗi pin có thể dẫn đến hỏa hoạn.

Nhiều nhà sản xuất ô tô đang mong muốn giảm bớt sự phụ thuộc vào coban một phần vì nó chủ yếu đến từ Cộng hòa Dân chủ Congo, sử dụng lao động trẻ em để khai thác. Ngành công nghiệp ô tô cũng lo ngại về niken, vì Nga là nhà cung cấp kim loại quan trọng này.

Pin thể rắn - niềm hy vọng của ô tô điện

Factorial Energy và các công ty khởi nghiệp khác của Mỹ, chẳng hạn như Solid Power và QuantumScape, đang hướng tới cách mạng hóa cách cấu tạo pin, chứ không chỉ thay đổi thành phần của chúng. Pin ngày nay dựa vào dung dịch lỏng cho chất điện phân cho phép dòng điện giữa các thành phần khác nhau.

Pin thể rắn không có chất điện phân lỏng, do đó, sẽ nhẹ hơn, tích trữ nhiều năng lượng hơn và sạc nhanh hơn. Chúng cũng ít có khả năng bắt lửa hơn rất nhiều và do đó, cần ít thiết bị làm mát hơn.

Hầu hết các nhà sản xuất ô tô lớn đều đặt cược lớn vào công nghệ pin thể rắn. Volkswagen đã rót tiền vào QuantumScape, có trụ sở tại San Jose, California. BMW và Ford đang đặt cược vào Solid Power. G.M. đã đầu tư vào SolidEnergy Systems, công ty xuất phát từ Viện Công nghệ Massachusetts và có trụ sở tại Singapore.

Nhưng không rõ bao lâu mới có pin thể rắn. Stellantis cho biết họ hy vọng sẽ giới thiệu các loại xe đại trà với loại pin này vào năm 2026, nhưng các giám đốc điều hành tại các công ty khác cho biết công nghệ này có thể sẽ không được phổ biến rộng rãi cho đến khoảng năm 2030. Bất kỳ nhà sản xuất ô tô nào cung cấp pin thể rắn trước sẽ có lợi thế rất lớn.