Pin xe điện - chìa khóa cho giao thông xanh

Thứ hai, 22/4/2024 10:47 (GMT+7)
10:47 22/4/2024

Sự phát triển của xe điện luôn đồng hành cùng quá trình tiến bộ của công nghệ pin. Phạm vi hoạt động của ôtô điện đã được cải thiện khá nhiều theo thời gian.

Những năm đầu tiên sau Thế chiến II, Nhật Bản rơi vào tình trạng dư thừa điện năng do phần lớn người dân không có thiết bị điện để sử dụng, còn xăng dầu lại khan hiếm và khá đắt đỏ. Giữa tình hình đó, Chính phủ Nhật đã khuyến khích các hãng xe sản xuất ôtô điện nhằm tận dụng hiệu quả nguồn điện năng dư thừa.

Vào năm 1947, Nissan Tama ra đời, đánh dấu sự hiện diện của một trong những mẫu xe điện đầu tiên của đất nước mặt trời mọc, đồng thời có thể xem như khởi đầu của xu hướng điện hóa đang có ảnh hưởng lớn nhất trong ngành công nghiệp ôtô toàn cầu hiện nay.

Hành trình dài của xe điện và pin

Ở thời điểm đó, Nissan Tama được hãng sản xuất ôtô Nhật Bản trang bị bộ pin axit chì 40 V với dung lượng chỉ 162 Ah (tương đương khoảng 6,48 kWh). Bộ pin này chỉ mang đến cho Nissan Tama phạm vi hoạt động tối đa 96 km sau mỗi lần sạc đầy cùng tốc độ tối đa 35 km/h nhờ motor điện 4,5 mã lực.

Nissan Tama là một trong những xe điện đầu tiên của ngành công nghiệp ôtô Nhật Bản. Ảnh: Pop Japan.

Công nghệ pin axit chì như trang bị trên Nissan Tama đã thống trị ngành sản xuất pin sạc trong một khoảng thời gian khá dài, trước khi pin lithium-ion ra đời vào thập niên 1970 nhờ sự hợp tác giữa học giả John Goodenough (Anh), nhà khoa học M. Stanley Whittingham (Mỹ) với nhà nghiên cứu Akira Yoshino của Nhật Bản.

Công nghệ mở ra cuộc cách mạng trong công nghệ sạc pin điện thoại di động, máy tính bảng và sau này là ôtô điện cũng đã giúp cả ba nhà khoa học nói trên đồng chia sẻ giải Nobel Hóa học trị giá 900.000 USD. Đáng chú ý, giải thưởng này được trao vào năm 2019, tức hàng chục năm kể từ khi pin lithium-ion có lần đầu tiên ra mắt công chúng và ghi dấu ấn đậm nét trong sự phát triển của ôtô điện nói riêng cũng như công nghệ nói chung.

Năm 2010, Nissan Leaf chính thức trình làng khách hàng Mỹ và Nhật Bản với bộ pin lithium-ion dung lượng 24 kWh, cung cấp phạm vi hoạt động tối đa 117 km theo chu trình EPA.

Pin lithium-ion đang đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của ôtô điện trên phạm vi toàn cầu. Ảnh: Shutterstock.

Nhược điểm duy nhất của pin lithium-ion và cũng được xem là một trong những điểm yếu lớn nhất của xe điện, chính là chi phí đắt đỏ. Dù vậy, pin lithium-ion lại có lợi điểm là số lần sạc-xả cao gấp 3 lần so với ắc-quy trang bị trên xe điện.

Pin lithium-ion cũng sở hữu tuổi thọ dài hơn, khối lượng nhẹ hơn, thể tích nhỏ hơn và cho phép sạc lại với tốc độ cao hơn khá nhiều. Những yếu tố này giúp cho pin lithium-ion trở thành một chìa khóa quan trọng giúp ôtô điện dễ tiếp cận hơn với khách hàng, thông qua việc xóa bỏ những lo ngại hình thành nên từ phạm vi hoạt động tương đối hạn chế khi đặt cạnh xe xăng.

Pin - điểm tựa giúp xe điện đi xa hơn

Tại thị trường Việt Nam, VinFast đang trang bị công nghệ pin LFP (Lithium FerroPhospate) trên nhiều mẫu ôtô điện của mình như VF e34, VF 8, VF 9 hay VF 5. Công nghệ này đảm bảo cho bộ pin sở hữu dòng xả ổn định và độ hao hụt thấp, đồng thời giúp pin bền bỉ và đạt tuổi thọ sử dụng cao.

Theo đánh giá của các nhà sản xuất, pin LFP có tuổi thọ vượt trội, vẫn có thể nạp đến 70% dung lượng pin sau hơn 2.000 lần sạc/xả. Một ưu điểm nổi bật nữa của pin LFP là cung cấp khả năng di chuyển vượt trội cho xe điện, cao hơn khá nhiều so với các loại pin khác.

Pin LFP được cho là một trong những giải pháp giúp giảm giá thành xe điện. Ảnh: Kim Hong-ji/Reuters.

Thành phần pin LFP không bao gồm các nguyên liệu quý hiếm như Coban, Niken mà sử dụng Lithium, sắt và Phot-phat ở cực dương cùng với graphite (than chì) hoặc các vật liệu carbon khác cho cực âm.

Được biết, những nguyên liệu này có sẵn với trữ lượng dồi dào, đồng thời có thể được khai thác dễ dàng với chi phí thấp, Do đó, công nghệ pin LFP trang bị trên xe điện VinFast cũng như nhiều dòng ôtô điện khác trên thị trường được kỳ vọng giúp giảm chi phí sản xuất, từ đó tối ưu giá thành xe.

Tuy nhiên, nhược điểm của pin LFP là mật độ năng lượng tương đối thấp so với mặt bằng chung của pin lithium-ion. Theo Mayfield Energy, mật độ năng lượng trung bình của pin NMC (Niken Mangan Coban) có thể đạt 130-220 Wh/kg, trong khi pin LFP chỉ có mật độ năng lượng trung bình trong khoảng 90-120 Wh/kg.

Do đó để đạt được mức dung lượng tương đương các loại pin lithium-ion khác, khối pin LFP phải to và nặng hơn.

Tháng 8 năm ngoái, ông Gao Huan - CTO của CATL - cho biết công ty đã tạo ra pin LFP đầu tiên có thể hỗ trợ sạc 4C mang tên ShenXing. Được biết, sạc 1C nghĩa là pin sẽ có thể nạp đầy năng lượng trong vòng một giờ, do đó pin ShenXing có thể được nạp đầy 100% dung lượng chỉ trong khoảng 15 phút.

Chuyên trang AutoEvolution dẫn lời CATL cho biết xe điện sử dụng bộ pin ShenXing có thể chạy thêm 400 km chỉ với 10 phút sạc pin. Khi bộ pin đã được sạc đầy, xe có thể di chuyển trên quãng đường tối đa 700 km.

Đáng nói, vào tháng 10/2022, VinFast đã công bố mối quan hệ hợp tác với CATL, qua đó cùng nhau phát triển công nghệ pin mới, đưa pin và các bộ phận quan trọng khác sẽ tích hợp sẵn vào khung gầm ôtô. Nội dung thông cáo từ VinFast cho biết công nghệ này được kỳ vọng sẽ giúp giảm trọng lượng xe điện, tăng khoang chứa cell pin, từ đó giúp xe sở hữu tầm hoạt động tốt hơn và giảm chi phí sử dụng cho khách hàng.

VinFast VF 9 là dòng xe sở hữu phạm vi hoạt động tối đa tốt nhất trong dải sản phẩm xe điện thương hiệu VinFast tại thị trường Việt Nam. Ảnh: VinFast.

Ở thời điểm hiện tại, VinFast VF 9 đang là mẫu xe sở hữu quãng đường di chuyển tối đa sau mỗi lần sạc tốt nhất trong dải sản phẩm ôtô điện thương hiệu VinFast. Cụ thể, bộ pin thương hiệu CATL dung lượng 123 kWh trang bị trên VF 9 bản Eco có thể giúp mẫu SUV này di chuyển trên quãng đường tối đa 626 km, theo công bố của nhà sản xuất.

Thậm chí, dù không sở hữu phạm vi hoạt động ấn tượng như VF 9, các chủ xe điện VinFast cũng không cần phải lo lắng về tầm di chuyển của xe bởi hệ thống trạm sạc công cộng do VinFast thiết lập đã đạt hơn 150.000 điểm, trải rộng khắp 63 tỉnh thành và dọc theo 125 tuyến cao tốc, quốc lộ và tỉnh lộ trên cả nước với đa dạng công suất.

Mạng lưới trạm sạc rộng khắp của VinFast tại Việt Nam. Ảnh: VinFast.

Khoảng cách tối đa giữa các trạm sạc công cộng dành cho xe điện VinFast trên các tuyến cao tốc, quốc lộ/tỉnh lộ là 65 km trong khi tại khu vực nội thành, khoảng cách này được duy trì ở mức 3,5 km.

VinFast cũng vừa công bố loại trụ sạc siêu nhanh với công suất tối đa 360 kW. Theo thông tin do hãng cung cấp, trụ sạc này có khả năng cấp điện cho nhiều xe cùng lúc, đồng thời có thể tự động phân bổ công suất tối ưu cho từng xe, tùy số lượng và khả năng tiếp nhận.

Song song với động thái nâng cấp công suất trụ sạc, VinFast cũng vừa nâng công suất sạc kèm theo xe lên mức 7,4 kW đối với các mẫu VF e34, VF 5 Plus, VF 6S và VF 7S. Trên các mẫu VF 7 Plus, VF 8 và VF 9 sử dụng bộ pin CATL, hãng xe điện này bổ sung bộ sạc công suất 11 kW, giúp chủ xe có thể chủ động nạp năng lượng cho ôtô điện tại nhà.

Tương lai đáng chờ đợi

Theo Ricky Luo của Shenzhen, pin lithium-ion truyền thống hiện nay có mật độ lưu trữ năng lượng rơi vào khoảng 130-220 Wh trên mỗi kg trọng lượng pin. Tuy nhiên báo cáo từ CleanTechnica cho hay pin thể rắn có thể đạt đến mật độ lưu trữ 500 Wh/kg, tức cao hơn gấp đôi so với thông số của pin lithium-ion truyền thống.

Pin thể rắn là một thiết bị lưu trữ năng lượng sử dụng vật liệu điện phân thể rắn, thay vì chất điện phân dạng lỏng truyền thống. Chất điện phân đóng vai trò trung gian truyền dẫn lithium-ion để chúng có thể di chuyển giữa cực âm và cực dương.

Do sở hữu mật độ năng lượng cao hơn pin lithium-ion thông thường, pin thể rắn sẽ chiếm ít không gian hơn trên xe, đồng thời có thể giảm trọng lượng và giúp xe điện đạt được hiệu suất hoạt động tốt hơn.

Pin thể rắn có thể giúp giảm không gian dành cho bộ pin trên ôtô điện nhờ lợi thế về mật độ năng lượng lưu trữ được. Ảnh: J.D. Power.

Theo Reuters, Toyota tuyên bố đang phát triển một loại pin thể rắn có thể giải quyết những lo ngại của khách hàng về phạm vi hoạt động của xe điện. Tập đoàn ôtô Nhật Bản cho biết công nghệ này có thể giúp xe điện di chuyển trên quãng đường 1.000 km chỉ với 10 phút sạc. Theo kế hoạch, Toyota sẽ thương mại hóa loại pin này vào khoảng năm 2027-2028.

Hãng xe Nio của Trung Quốc đã sử dụng pin bán rắn dung lượng 150 kWh cho ôtô điện của mình, nâng phạm vi hoạt động tối đa của chiếc Nio ET7 lên thành 1.000 km sau một lần sạc đầy. CATL thì được báo cáo là đang phát triển một loại pin bán rắn có khả năng cung cấp năng lượng cho cả máy bay chở khách chạy điện.

Factorial Energy (Mỹ) đã giao những nguyên mẫu thử nghiệm pin bán rắn đầu tiên của mình đến các đối tác sản xuất ôtô vào năm ngoái. Reuters cho biết Factorial Energy hướng đến mục tiêu cung cấp phạm vi hoạt động tối đa 600 dặm (hơn 965 km) cho xe điện và đã thỏa thuận hợp tác cùng Mercedes-Benz, Stellantis và Hyundai.

LG Energy và SK On của Hàn Quốc cũng đang nghiên cứu phát triển pin thể rắn dựa trên các nguyên liệu mới như polymer hay sulfide, dự kiến thương mại hóa trong vòng 5 năm tiếp theo.