Bỉ Ngạn Hoa
Moderator
Panasonic vừa có một công nghệ pin mới có phạm hoạt động lên tới 800 km và đặc biệt thời gian sạc giảm xuống chỉ còn 10 phút, nhanh hơn cả sạc điện thoại.
Sila, công ty có trụ sở California (Mỹ) do nhân viên thứ bảy của Tesla đồng sáng lập vào năm 2011, sẽ cung cấp cho Panasonic một loại bột silicon được sản xuất tại Mỹ cho pin xe điện, có thể xua tan nỗi lo về phạm vi hoạt động, giảm thời gian sạc và thậm chí giảm sự phụ thuộc vào Trung Quốc.
Panasonic hiện chiếm khoảng 10% lượng pin xe điện trên toàn cầu với khách hàng chính là Tesla. Năm ngoái, Sila đã ký thỏa thuận cung cấp cho chiếc SUV chạy điện tầm xa G-class mới của Mercedes-Benz, dự kiến ra mắt vào năm 2025. Hãng xe Đức đã dẫn đầu vòng đầu tư Series E của Sila vào năm 2019.
Bột cực dương Titan Silicon của Sila bao gồm các hạt silicon có cấu trúc siêu nhỏ thay thế than chì trong pin lithium-ion truyền thống. Pin xe điện sử dụng bột cực dương Titan Silicon sẽ có phạm vi hoạt động tới 800 km và sạc lại trong 10 phút. Hơn nữa, việc chuyển sang cực dương Titan Silicon không yêu cầu kỹ thuật sản xuất mới. Bột cực dương Titan Silicon này đã được ứng dụng cho thiết bị đeo theo dõi hoạt động mới nhất của Whoop.
Gene Berdichevsky, đồng sáng lập và giám đốc điều hành của Sila, cho biết: “Chúng tôi đã mất 12 năm và 80.000 lần lặp lại để đạt được điều này. Đó là khoa học phức tạp.” Berdichevsky bắt đầu sự nghiệp tại Tesla, trở thành nhân viên thứ bảy vào năm 2004. Ông là người đứng đầu hệ thống pin Roadster của Tesla, rời đi khi công ty có khoảng 300 nhân viên. Sau khi nghiên cứu sâu hơn, ông đồng sáng lập Sila cùng với đồng nghiệp tại Tesla là Alex Jacobs và Gleb Yushin, giáo sư khoa học vật liệu tại Georgia Tech.
Công nghệ của Sila cho phép mở rộng quy mô này bằng cách sử dụng “giàn giáo” carbon có kích thước nano để giữ silicon trong tầm kiểm soát. Berdichevsky cho biết: “Titan Silicon là vật liệu nanocompozit. Nó giống như bánh mì nho khô, trong đó nho khô là silicon và có ma trận mềm mại bo xung quanh nho khô. Vỏ giữ khoảng trống và bánh mì di chuyển sang một bên khi nho khô nở ra. Giàn giáo không giữ silicon mà nó hỗ trợ sự giãn nở.”
Công nghệ của Sila hiện đã được cấp bằng sáng chế. Berdichevsky tuyên bố: “Chúng tôi có thể thay thế từ 50 đến 100% than chì trong pin lithium-ion. Một sự thay thế hoàn toàn có thể giúp tăng 40% quãng đường đi được cho một chiếc xe điện thông thường và giảm thời gian chờ sạc tới 80%, với thời gian sạc chỉ lâu hơn tự đổ xăng một chút.
Sila nói rằng Titan Silicon nhẹ hơn than chì khoảng 5 lần và chiếm khoảng một nửa không gian khi được sạc đầy. Trong thông cáo báo chí công bố thỏa thuận với Sila, Panasonic cho biết họ có mục tiêu tăng mật độ năng lượng thể tích của pin lên 1.000 watt-giờ/lít vào năm 2030.
“Đó là một thước đo rất cao,” Berdichevsky nói. “Những loại pin tốt nhất trên thế giới hiện nay có công suất khoảng 740 watt/giờ và đó cũng là những con số mà các nhà phát triển pin thể rắn tuyên bố rằng họ có thể đạt được. Chúng tôi đang nói rằng chúng tôi có thể sớm đạt được những cấp độ đó với công nghệ hiện có ở đây.”
Công ty tư vấn khai thác mỏ Benchmark Mineral Intelligence ước tính rằng Trung Quốc sản xuất 61% than chì tự nhiên trên thế giới và tinh chế 98% nguyên liệu than chì thành phẩm.
Silicon là nguyên tố phổ biến thứ hai trên thế giới trong lớp vỏ trái đất. Kể từ năm 2017, bột cực dương của Sila dành cho thiết bị điện tử tiêu dùng đã được sản xuất tại cơ sở thí điểm tại trụ sở công ty ở Alameda, California. Tuy nhiên, để sản xuất ở quy mô ô tô, công ty hiện đang xây dựng một nhà máy sợi thủy tinh rộng 557.000 m2 ở Moses Lake, Washington, ban đầu sử dụng 100 người, chủ yếu là người địa phương, với kế hoạch tăng thêm 600 người khi công ty phát triển.
Một quy định được Nghị viện Châu Âu thông qua vào tháng 6 đã khiến Sila có nhiều lợi thế. Châu Âu hiện yêu cầu mọi pin xe điện dành cho thị trường châu Âu đều phải dán nhãn công bố lượng khí thải carbon, được xem là “hộ chiếu pin”.
Ở thị trường Mỹ, để đủ điều kiện nhận trợ cấp xe điện, vật liệu pin phải có nguồn gốc trong nước hoặc từ các nước đồng minh. Các xe điện sử dụng vật liệu có nguồn gốc từ Trung Quốc trong pin thì người mua sẽ không nhận được khoản hỗ trợ trị giá 7.500 USD (khoảng 180 triệu đồng).
Sila không phải là nhà sản xuất vật liệu bột silicon duy nhất cho xe điện. Cách nhà máy sợi thủy tinh của Sila khoảng 1 km, công ty Group14 Technologies đã khởi công xây dựng một nhà máy mới sẽ sản xuất loại bột tương tự cho xe Porsche.
Nhà sản xuất ô tô Đức đã dẫn đầu vòng đầu tư trị giá 614 triệu USD vào Group14 năm ngoái. Khi nhà máy của Group14 Technologies (công ty 7 tuổi) mở cửa vào năm 2024, nó sẽ sản xuất đủ bột cực dương SCC55 cho 200.000 xe điện mỗi năm.
Berdichevsky tuyên bố: “Có những công ty có quan hệ đối tác và cộng tác, nhưng tất cả họ vẫn đang trong quá trình phát triển, trong khi chúng tôi đã sẵn sàng cho việc sản xuất quy mô lớn”.
Cả hai Sila và Group14 đều nhận được khoản tài trợ liên bang trị giá 100 triệu USD để xây dựng các nhà máy sản xuất cực dương silicon của họ.
Jay Turner, giáo sư nghiên cứu môi trường tại Đại học Wellesley, nói với WIRED rằng việc sản xuất công nghệ pin EV mới trong nước trên quy mô lớn có thể hiểu là một vấn đề lớn. Trước đây, Mỹ là quốc gia đi đầu trong nghiên cứu pin tiên tiến, nhưng phần lớn hoạt động sản xuất thực tế lại diễn ra ở nước ngoài. Thật thú vị khi thấy nghiên cứu do Hoa Kỳ phát triển được nhân rộng tại các nhà máy của Hoa Kỳ. Sila và Group14 đều có vị thế tốt để mở rộng quy mô.
Amprius, được giáo sư khoa học vật liệu Yi Cui của Stanford thành lập năm 2008, đã tập trung vào cực dương silicon cho lĩnh vực hàng không, trong khi OneD Battery Sciences sẽ đưa công nghệ nano silicon của mình vào pin Ultium của General Motor.
Thay vì chế tạo các hạt nano silicon hoặc dây nano, Enevate, cũng ở California, đặt các màng silicon có kích thước nano trực tiếp lên lá đồng. Pin anode silicon của Enevate đã được sử dụng trong xe máy điện.
Công ty khởi nghiệp NanoGraf ở Chicago tạo ra vật liệu oxit silic cho cực dương mà nó trương nở trước để ổn định. Cực dương của NanoGraf được sử dụng trong điện tử quân sự.
Các nhà phát triển các loại hóa chất pin khác đang tìm cách thay thế hoàn toàn lithium-ion truyền thống. Tesla đã sản xuất ô tô sử dụng pin lithium-iron-phosphate; Toyota đã trêu chọc những người trong ngành bằng pin thể rắn của mình; Các công ty Trung Quốc đang phát triển công nghệ natri-ion (Na-ion) đòi hỏi ít hoặc không cần lithium, niken hoặc coban; và Samsung SDI đang hoàn thiện pin có hàm lượng mangan cao.
Rất có thể có chỗ cho tất cả những điều trên trong một thị trường xe điện toàn cầu đang phát triển. Thật vậy, trung tâm Advanced Propulsion Centre của Vương quốc Anh, một chuyên gia về các công nghệ pin mới nổi, cho biết sự thay đổi trong công nghệ điện này “không phải là một loại [hóa học pin] sẽ thắng loại kia, vì các đặc tính hiệu suất có nghĩa là các trường hợp người dùng sẽ khác nhau”.
Sila, công ty có trụ sở California (Mỹ) do nhân viên thứ bảy của Tesla đồng sáng lập vào năm 2011, sẽ cung cấp cho Panasonic một loại bột silicon được sản xuất tại Mỹ cho pin xe điện, có thể xua tan nỗi lo về phạm vi hoạt động, giảm thời gian sạc và thậm chí giảm sự phụ thuộc vào Trung Quốc.
Bột cực dương Titan Silicon của Sila bao gồm các hạt silicon có cấu trúc siêu nhỏ thay thế than chì trong pin lithium-ion truyền thống. Pin xe điện sử dụng bột cực dương Titan Silicon sẽ có phạm vi hoạt động tới 800 km và sạc lại trong 10 phút. Hơn nữa, việc chuyển sang cực dương Titan Silicon không yêu cầu kỹ thuật sản xuất mới. Bột cực dương Titan Silicon này đã được ứng dụng cho thiết bị đeo theo dõi hoạt động mới nhất của Whoop.
Gene Berdichevsky, đồng sáng lập và giám đốc điều hành của Sila, cho biết: “Chúng tôi đã mất 12 năm và 80.000 lần lặp lại để đạt được điều này. Đó là khoa học phức tạp.” Berdichevsky bắt đầu sự nghiệp tại Tesla, trở thành nhân viên thứ bảy vào năm 2004. Ông là người đứng đầu hệ thống pin Roadster của Tesla, rời đi khi công ty có khoảng 300 nhân viên. Sau khi nghiên cứu sâu hơn, ông đồng sáng lập Sila cùng với đồng nghiệp tại Tesla là Alex Jacobs và Gleb Yushin, giáo sư khoa học vật liệu tại Georgia Tech.
Công nghệ pin mới
So với than chì, silicon lưu trữ năng lượng nhiều hơn tới 10 lần, do đó sử dụng silicon thay vì than chì làm cực dương – bộ phận giải phóng electron trong quá trình phóng điện – có thể cải thiện đáng kể mật độ năng lượng của pin. Tuy nhiên, vật liệu này có điểm hạn chế là sẽ phồng lên trong quá trình sạc nhiều lần, dẫn đến các vết nứt làm giảm tuổi thọ pin.Công nghệ của Sila cho phép mở rộng quy mô này bằng cách sử dụng “giàn giáo” carbon có kích thước nano để giữ silicon trong tầm kiểm soát. Berdichevsky cho biết: “Titan Silicon là vật liệu nanocompozit. Nó giống như bánh mì nho khô, trong đó nho khô là silicon và có ma trận mềm mại bo xung quanh nho khô. Vỏ giữ khoảng trống và bánh mì di chuyển sang một bên khi nho khô nở ra. Giàn giáo không giữ silicon mà nó hỗ trợ sự giãn nở.”
Công nghệ của Sila hiện đã được cấp bằng sáng chế. Berdichevsky tuyên bố: “Chúng tôi có thể thay thế từ 50 đến 100% than chì trong pin lithium-ion. Một sự thay thế hoàn toàn có thể giúp tăng 40% quãng đường đi được cho một chiếc xe điện thông thường và giảm thời gian chờ sạc tới 80%, với thời gian sạc chỉ lâu hơn tự đổ xăng một chút.
“Đó là một thước đo rất cao,” Berdichevsky nói. “Những loại pin tốt nhất trên thế giới hiện nay có công suất khoảng 740 watt/giờ và đó cũng là những con số mà các nhà phát triển pin thể rắn tuyên bố rằng họ có thể đạt được. Chúng tôi đang nói rằng chúng tôi có thể sớm đạt được những cấp độ đó với công nghệ hiện có ở đây.”
Thay thế than chì trong pin xe điện
Than chì là vật liệu làm cực dương mặc định của thế giới, có mặt trong hầu hết mọi loại pin lithium-ion và chiếm tới 60% thể tích của pin. Theo báo cáo của Cơ quan Năng lượng Quốc tế, khoảng 3/4 tổng số pin xe điện hiện được sản xuất tại Trung Quốc.Công ty tư vấn khai thác mỏ Benchmark Mineral Intelligence ước tính rằng Trung Quốc sản xuất 61% than chì tự nhiên trên thế giới và tinh chế 98% nguyên liệu than chì thành phẩm.
Silicon là nguyên tố phổ biến thứ hai trên thế giới trong lớp vỏ trái đất. Kể từ năm 2017, bột cực dương của Sila dành cho thiết bị điện tử tiêu dùng đã được sản xuất tại cơ sở thí điểm tại trụ sở công ty ở Alameda, California. Tuy nhiên, để sản xuất ở quy mô ô tô, công ty hiện đang xây dựng một nhà máy sợi thủy tinh rộng 557.000 m2 ở Moses Lake, Washington, ban đầu sử dụng 100 người, chủ yếu là người địa phương, với kế hoạch tăng thêm 600 người khi công ty phát triển.
Một quy định được Nghị viện Châu Âu thông qua vào tháng 6 đã khiến Sila có nhiều lợi thế. Châu Âu hiện yêu cầu mọi pin xe điện dành cho thị trường châu Âu đều phải dán nhãn công bố lượng khí thải carbon, được xem là “hộ chiếu pin”.
Ở thị trường Mỹ, để đủ điều kiện nhận trợ cấp xe điện, vật liệu pin phải có nguồn gốc trong nước hoặc từ các nước đồng minh. Các xe điện sử dụng vật liệu có nguồn gốc từ Trung Quốc trong pin thì người mua sẽ không nhận được khoản hỗ trợ trị giá 7.500 USD (khoảng 180 triệu đồng).
Sila không phải là nhà sản xuất vật liệu bột silicon duy nhất cho xe điện. Cách nhà máy sợi thủy tinh của Sila khoảng 1 km, công ty Group14 Technologies đã khởi công xây dựng một nhà máy mới sẽ sản xuất loại bột tương tự cho xe Porsche.
Nhà sản xuất ô tô Đức đã dẫn đầu vòng đầu tư trị giá 614 triệu USD vào Group14 năm ngoái. Khi nhà máy của Group14 Technologies (công ty 7 tuổi) mở cửa vào năm 2024, nó sẽ sản xuất đủ bột cực dương SCC55 cho 200.000 xe điện mỗi năm.
Berdichevsky tuyên bố: “Có những công ty có quan hệ đối tác và cộng tác, nhưng tất cả họ vẫn đang trong quá trình phát triển, trong khi chúng tôi đã sẵn sàng cho việc sản xuất quy mô lớn”.
Cả hai Sila và Group14 đều nhận được khoản tài trợ liên bang trị giá 100 triệu USD để xây dựng các nhà máy sản xuất cực dương silicon của họ.
Jay Turner, giáo sư nghiên cứu môi trường tại Đại học Wellesley, nói với WIRED rằng việc sản xuất công nghệ pin EV mới trong nước trên quy mô lớn có thể hiểu là một vấn đề lớn. Trước đây, Mỹ là quốc gia đi đầu trong nghiên cứu pin tiên tiến, nhưng phần lớn hoạt động sản xuất thực tế lại diễn ra ở nước ngoài. Thật thú vị khi thấy nghiên cứu do Hoa Kỳ phát triển được nhân rộng tại các nhà máy của Hoa Kỳ. Sila và Group14 đều có vị thế tốt để mở rộng quy mô.
Trào lưu thay thế pin truyền thống
Tuy nhiên, Sila và Group14 chỉ là hai trong số các nhà sản xuất cực dương silicon ở Mỹ. Các công ty California OneD Battery Sciences và Amprius phát triển các dây nano silicon được cho là ít bị phồng hơn so với bột nano silicon.Amprius, được giáo sư khoa học vật liệu Yi Cui của Stanford thành lập năm 2008, đã tập trung vào cực dương silicon cho lĩnh vực hàng không, trong khi OneD Battery Sciences sẽ đưa công nghệ nano silicon của mình vào pin Ultium của General Motor.
Công ty khởi nghiệp NanoGraf ở Chicago tạo ra vật liệu oxit silic cho cực dương mà nó trương nở trước để ổn định. Cực dương của NanoGraf được sử dụng trong điện tử quân sự.
Các nhà phát triển các loại hóa chất pin khác đang tìm cách thay thế hoàn toàn lithium-ion truyền thống. Tesla đã sản xuất ô tô sử dụng pin lithium-iron-phosphate; Toyota đã trêu chọc những người trong ngành bằng pin thể rắn của mình; Các công ty Trung Quốc đang phát triển công nghệ natri-ion (Na-ion) đòi hỏi ít hoặc không cần lithium, niken hoặc coban; và Samsung SDI đang hoàn thiện pin có hàm lượng mangan cao.
Rất có thể có chỗ cho tất cả những điều trên trong một thị trường xe điện toàn cầu đang phát triển. Thật vậy, trung tâm Advanced Propulsion Centre của Vương quốc Anh, một chuyên gia về các công nghệ pin mới nổi, cho biết sự thay đổi trong công nghệ điện này “không phải là một loại [hóa học pin] sẽ thắng loại kia, vì các đặc tính hiệu suất có nghĩa là các trường hợp người dùng sẽ khác nhau”.
