Tận dụng cơ hội công nghệ Trung Quốc bị hạn chế, nhiều công ty startup pin của Mỹ và châu Âu đang chạy đua để phát triển loại pin mới sử dụng hai nguyên liệu dồi dào, rẻ tiền - natri, lưu huỳnh, với hy vọng giảm sự thống trị về pin của Trung Quốc, giảm tắc nghẽn nguồn cung và mở rộng thị trường xe điện.
Xe điện hiện tại chạy bằng pin lithium ion - chủ yếu sản xuất từ lithium, coban, mangan và niken cao cấp - có giá thành cao. Các công ty xe EV phương Tây đang phải vật lộn để bắt kịp đối thủ châu Á. Một số nhà sản xuất xe dự đoán tình trạng tắc nghẽn nguồn cung sẽ ảnh hưởng đến sản lượng xe EV vào giữa thập kỷ này.
Để tránh viễn cảnh đó xảy ra, startup xe điện đã đưa ra những phương hướng tiếp cận mới về pin.
Xe điện của tương lai, loại sản xuất sau năm 2025, có thể chuyển sang dùng pin lithium lưu huỳnh hoặc ion natri, có giá thành rẻ hơn tới ⅔ so với pin lithium hiện tại.
Nhưng lời hứa trên chỉ thành hiện thực nếu các startup như Theion có trụ sở tại Berlin và Faradion có trụ sở tại Vương quốc Anh, cũng như Lyten tại Mỹ có thể đột phá công nghệ pin và tìm ra giải pháp chế tạo.
Các hóa chất pin mới hơn đều có những vấn đề riêng cần khắc phục. Pin natri ion vẫn chưa đạt mức lưu trữ năng lượng tốt, còn pin lưu huỳnh có xu hướng bị ăn mòn nhanh chóng và tuổi thọ thấp. Dù vậy, lĩnh vực này vẫn thu hút rất đông công ty tham gia nghiên cứu, với hơn một chục startup được đầu tư hàng triệu USD cùng các khoản tài trợ của chính phủ.
Hiện tại, Trung Quốc đang thống trị ngành sản xuất pin, bao gồm cả khai thác và tinh chế nguyên liệu thô. Benchmark Mineral Intelligence, công tư tư vấn có trụ sở tại Anh, ước tính Trung Quốc hiện chiếm 75% công suất tinh chế coban và 59% công suất xử lý lithium của thế giới.
"Chúng tôi hiện tại vẫn phụ thuộc vào chuỗi cung ứng nguyên liệu từ Trung Quốc”, trích bài phỏng vấn của James Quinn, CEO của công ty khởi nghiệp pin natri ion Faradion của Anh, đã nhận được hơn 1 triệu USD tài trợ của chính phủ trước khi bị tập đoàn Reliance của Ấn Độ mua lại. “Sự thống trị của Trung Quốc tạo ra thách thức chung với an ninh năng lượng, an ninh kinh tế và an ninh quốc gia”.
Đó không chỉ là cuộc chiến của mỗi Mỹ và châu Âu, tại châu Á, CATL của Trung Quốc cho biết họ có kế hoạch bắt đầu sản xuất pin ion natri vào năm 2023. LG Energy Solution của Hàn Quốc đặt mục tiêu bắt đầu sản xuất pin lưu huỳnh lithium vào năm 2025.
Chi phí của các vật liệu cực âm chính như niken và coban đã tăng vọt trong hai năm qua. Vì lý do này mà cuộc chạy đua để thay thế vật liệu đắt tiền bằng vật liệu rẻ và dồi dào như natri và lưu huỳnh càng khốc liệt hơn.
Nguyên mẫu pin của xe Tesla
“Ion Natri nếu được phát triển thành công chắc chắn sẽ có chỗ đứng, đặc biệt phù hợp với các cơ sở kinh doanh lấy năng lượng từ pin và dòng xe điện rẻ trong những thị trường nhạy cảm về giá như Trung Quốc, Ấn Độ, Châu Phi và Nam Mỹ”, Prabhakar Patil, cựu giám đốc điều hành của LG Chem, cho biết.
“Chi phí ra mắt của dòng pin lưu huỳnh lithium có thể cao hơn, nhưng vì sở hữu tiềm năng giảm chi phí về lâu dài nên nó có thể được áp dụng đầu tiên trong các thiết bị điện tử tiêu dùng”, Patil cho biết thêm.
Amandarry có trụ sở tại Michigan và startup AMTE Power của Anh đang hợp tác phát triển pin ion natri sử dụng natri clorua - về cơ bản là muối ăn - làm thành phần cực âm chính. Nói cách khác, họ không phải dùng đến lithium, coban hoặc niken - ba thành phần chế tạo pin đắt nhất.
Jeff Pratt, giám đốc điều hành Trung tâm công nghiệp hóa pin của Vương quốc Anh, cho biết đang nghiên cứu cách sản xuất hàng loạt những viên pin natri ion mới của một startup. Ông tin rằng điều này có tầm quan trọng chiến lược đối với tham vọng biến Anh trở thành quốc gia đi đầu trong việc phát triển các loại pin mới, tốt hơn.
Phần pin bị lộ ra một nửa trên tấm pin của xe EV
Các công ty Lyten và Conamix của Mỹ, Theion của Đức và Morrow của Na Uy đang phát triển cực âm lithium lưu huỳnh, dù vẫn cần lượng nhỏ lithium nhưng đã cắt giảm toàn bộ niken và coban.
Bằng cách sử dụng vật liệu cực âm phổ biến - lưu huỳnh được sử dụng rộng rãi trong phân bón nên rẻ như muối - nhiều công ty startup hứa hẹn chi phí pin có thể giảm tới ⅔, cùng lúc giảm giá thành của xe EV xuống mức phổ thông. Các gói pin EV hiện tại thường có giá từ 10.000 đến 12.000 USD.
Duncan Williams,CEO của công ty tư vấn Nomura Greentech, cho biết gần đây pin xe điện đã có những đột phá về mật độ năng lượng và vòng đời pin.
Amandarry có trụ sở tại Michigan đã sản xuất pin ion natri của họ tại nhà máy phụ ở Haining, Trung Quốc. Do đó, theo luật, những viên pin này sẽ không đủ điều kiện để nhận ưu đãi theo Đạo Luật giảm lạm phát của Mỹ. Công ty cho biết họ sẽ sớm xây dựng một nhà máy khác ở Bắc Mỹ. Đối tác của công ty, ông Amy Chen, cho biết ứng dụng vận tải đầu tiên của Amandarry có thể là xe môtô chạy điện. Ngoài lợi thế về chi phí, Chen cho biết pin của Amandarry có thể sạc rất nhanh - 80% trong 15 phút.
Tesla Model S
CEO của AMTE Power, Kevin Brundish, cho biết công ty sẽ ra mắt dòng pin phục vụ các hệ thống năng lượng cố định trước tiên, như pin sử dụng trong các nhà máy vận hành lưới điện, nơi mà không quá chú trọng vấn đề mật độ năng lượng.
Faradion cho biết pin của hãng đã đủ sức cạnh tranh với pin LFP, công ty cũng thành lập liên doanh năng lượng với ông lớn kinh doanh nông nghiệp ICM Australia. CEO Quinn của Faradion nói rằng những viên pin ở quy mô thấp sẽ rẻ hơn ⅓ so với pin LFP dựa trên sắt, đồng thời bày tỏ sự lạc quan về tiềm năng của dòng pin này.
Vào cuối năm nay, Theion dự định sẽ bắt đầu bán pin cho các công ty tên lửa tư nhân để lắp đặt vào hệ thống máy phóng. Ehmes có kế hoạch gửi mẫu pin thử nghiệm cho các nhà sản xuất xe vào năm 2024, và hy vọng dòng xe EV mới sẽ kịp xuất xưởng vào năm 2027.
Theion tin rằng các cực âm lưu huỳnh lithium của họ có thể lưu trữ năng lượng gấp ba lần so với các viên pin cực âm NCM tiêu chuẩn, đồng thời cho tốc độ sạc cực nhanh và cắt giảm ⅔ giá thành một viên pin xuống còn khoảng 34 USD mỗi kilowatt giờ. “Vừa rẻ mà mật độ năng lượng còn cao thì không có gì tuyệt hơn nữa”, Ehmes chia sẻ.
>>> Mỗi chiếc xe bán ra của Tesla thu lời gấp 8 lần so với hãng xe lớn nhất thế giới Toyota
Nguồn: Reuters
Xe điện hiện tại chạy bằng pin lithium ion - chủ yếu sản xuất từ lithium, coban, mangan và niken cao cấp - có giá thành cao. Các công ty xe EV phương Tây đang phải vật lộn để bắt kịp đối thủ châu Á. Một số nhà sản xuất xe dự đoán tình trạng tắc nghẽn nguồn cung sẽ ảnh hưởng đến sản lượng xe EV vào giữa thập kỷ này.
Để tránh viễn cảnh đó xảy ra, startup xe điện đã đưa ra những phương hướng tiếp cận mới về pin.
Nhưng lời hứa trên chỉ thành hiện thực nếu các startup như Theion có trụ sở tại Berlin và Faradion có trụ sở tại Vương quốc Anh, cũng như Lyten tại Mỹ có thể đột phá công nghệ pin và tìm ra giải pháp chế tạo.
Các hóa chất pin mới hơn đều có những vấn đề riêng cần khắc phục. Pin natri ion vẫn chưa đạt mức lưu trữ năng lượng tốt, còn pin lưu huỳnh có xu hướng bị ăn mòn nhanh chóng và tuổi thọ thấp. Dù vậy, lĩnh vực này vẫn thu hút rất đông công ty tham gia nghiên cứu, với hơn một chục startup được đầu tư hàng triệu USD cùng các khoản tài trợ của chính phủ.
Hiện tại, Trung Quốc đang thống trị ngành sản xuất pin, bao gồm cả khai thác và tinh chế nguyên liệu thô. Benchmark Mineral Intelligence, công tư tư vấn có trụ sở tại Anh, ước tính Trung Quốc hiện chiếm 75% công suất tinh chế coban và 59% công suất xử lý lithium của thế giới.
Đó không chỉ là cuộc chiến của mỗi Mỹ và châu Âu, tại châu Á, CATL của Trung Quốc cho biết họ có kế hoạch bắt đầu sản xuất pin ion natri vào năm 2023. LG Energy Solution của Hàn Quốc đặt mục tiêu bắt đầu sản xuất pin lưu huỳnh lithium vào năm 2025.
Cải tiến hóa chất trong pin
Yếu tố đắt nhất duy nhất của pin EV là cực âm, chiếm tới một phần ba giá thành của một viên pin mới. Hầu hết pin EV ngày nay sử dụng một trong hai loại cực âm: Niken coban mangan (NCM) hoặc lithium iron phosphate (LFP). Cực âm NCM có khả năng lưu trữ nhiều năng lượng hơn, nhưng sử dụng vật liệu đắt tiền (niken, coban), còn cực âm LFP dù không chứa nhiều năng lượng bằng NCM nhưng lại an toàn và rẻ hơn vì sử dụng đa dạng vật liệu.Chi phí của các vật liệu cực âm chính như niken và coban đã tăng vọt trong hai năm qua. Vì lý do này mà cuộc chạy đua để thay thế vật liệu đắt tiền bằng vật liệu rẻ và dồi dào như natri và lưu huỳnh càng khốc liệt hơn.
“Ion Natri nếu được phát triển thành công chắc chắn sẽ có chỗ đứng, đặc biệt phù hợp với các cơ sở kinh doanh lấy năng lượng từ pin và dòng xe điện rẻ trong những thị trường nhạy cảm về giá như Trung Quốc, Ấn Độ, Châu Phi và Nam Mỹ”, Prabhakar Patil, cựu giám đốc điều hành của LG Chem, cho biết.
“Chi phí ra mắt của dòng pin lưu huỳnh lithium có thể cao hơn, nhưng vì sở hữu tiềm năng giảm chi phí về lâu dài nên nó có thể được áp dụng đầu tiên trong các thiết bị điện tử tiêu dùng”, Patil cho biết thêm.
Amandarry có trụ sở tại Michigan và startup AMTE Power của Anh đang hợp tác phát triển pin ion natri sử dụng natri clorua - về cơ bản là muối ăn - làm thành phần cực âm chính. Nói cách khác, họ không phải dùng đến lithium, coban hoặc niken - ba thành phần chế tạo pin đắt nhất.
Jeff Pratt, giám đốc điều hành Trung tâm công nghiệp hóa pin của Vương quốc Anh, cho biết đang nghiên cứu cách sản xuất hàng loạt những viên pin natri ion mới của một startup. Ông tin rằng điều này có tầm quan trọng chiến lược đối với tham vọng biến Anh trở thành quốc gia đi đầu trong việc phát triển các loại pin mới, tốt hơn.
Các công ty Lyten và Conamix của Mỹ, Theion của Đức và Morrow của Na Uy đang phát triển cực âm lithium lưu huỳnh, dù vẫn cần lượng nhỏ lithium nhưng đã cắt giảm toàn bộ niken và coban.
Bằng cách sử dụng vật liệu cực âm phổ biến - lưu huỳnh được sử dụng rộng rãi trong phân bón nên rẻ như muối - nhiều công ty startup hứa hẹn chi phí pin có thể giảm tới ⅔, cùng lúc giảm giá thành của xe EV xuống mức phổ thông. Các gói pin EV hiện tại thường có giá từ 10.000 đến 12.000 USD.
Kế hoạch đưa vào sản xuất, lắp đặt thực tế
Các công ty startup cho biết, họ đang tích cực thảo luận với bên sản xuất xe ôtô điện để tiến hành kiểm tra loại pin có tiềm năng trở thành trái tim của các mẫu xe EV phổ thông trước cuối thập kỷ. Phía nhà sản xuất xe luôn muốn giữ cho các lựa chọn của họ thật mở, không chỉ tập trung vào mỗi một dòng pin nào cả.Duncan Williams,CEO của công ty tư vấn Nomura Greentech, cho biết gần đây pin xe điện đã có những đột phá về mật độ năng lượng và vòng đời pin.
Amandarry có trụ sở tại Michigan đã sản xuất pin ion natri của họ tại nhà máy phụ ở Haining, Trung Quốc. Do đó, theo luật, những viên pin này sẽ không đủ điều kiện để nhận ưu đãi theo Đạo Luật giảm lạm phát của Mỹ. Công ty cho biết họ sẽ sớm xây dựng một nhà máy khác ở Bắc Mỹ. Đối tác của công ty, ông Amy Chen, cho biết ứng dụng vận tải đầu tiên của Amandarry có thể là xe môtô chạy điện. Ngoài lợi thế về chi phí, Chen cho biết pin của Amandarry có thể sạc rất nhanh - 80% trong 15 phút.
CEO của AMTE Power, Kevin Brundish, cho biết công ty sẽ ra mắt dòng pin phục vụ các hệ thống năng lượng cố định trước tiên, như pin sử dụng trong các nhà máy vận hành lưới điện, nơi mà không quá chú trọng vấn đề mật độ năng lượng.
Faradion cho biết pin của hãng đã đủ sức cạnh tranh với pin LFP, công ty cũng thành lập liên doanh năng lượng với ông lớn kinh doanh nông nghiệp ICM Australia. CEO Quinn của Faradion nói rằng những viên pin ở quy mô thấp sẽ rẻ hơn ⅓ so với pin LFP dựa trên sắt, đồng thời bày tỏ sự lạc quan về tiềm năng của dòng pin này.
Tham vọng đạt được sự hoàn hảo
Ulrich Ehmes, CEO của startup Theion tại Đức, cho biết vấn đề của lưu huỳnh là nó ăn mòn đến mức làm chết pin chỉ sau 30 lần sạc. Song ông cũng nhấn mạnh, sau khi nhận được đầu tư lớn, công ty của ông đã phát triển thành công phương pháp xử lý mới, đó là phủ lên cực âm một lớp áo bằng lưu huỳnh lithium, giúp tuổi thọ pin dài theo tuổi thọ xe.Vào cuối năm nay, Theion dự định sẽ bắt đầu bán pin cho các công ty tên lửa tư nhân để lắp đặt vào hệ thống máy phóng. Ehmes có kế hoạch gửi mẫu pin thử nghiệm cho các nhà sản xuất xe vào năm 2024, và hy vọng dòng xe EV mới sẽ kịp xuất xưởng vào năm 2027.
Theion tin rằng các cực âm lưu huỳnh lithium của họ có thể lưu trữ năng lượng gấp ba lần so với các viên pin cực âm NCM tiêu chuẩn, đồng thời cho tốc độ sạc cực nhanh và cắt giảm ⅔ giá thành một viên pin xuống còn khoảng 34 USD mỗi kilowatt giờ. “Vừa rẻ mà mật độ năng lượng còn cao thì không có gì tuyệt hơn nữa”, Ehmes chia sẻ.
>>> Mỗi chiếc xe bán ra của Tesla thu lời gấp 8 lần so với hãng xe lớn nhất thế giới Toyota
Nguồn: Reuters
