Cháy xe điện: Cái giá của cuộc đua hiệu suất và sạc nhanh

Cuộc đua hiệu suất và những rủi ro tiềm ẩn

Những sự cố cháy nổ gần đây liên quan đến các mẫu xe điện cao cấp như Xiaomi SU7, NIO ET7, và Porsche Taycan đã một lần nữa dấy lên hồi chuông cảnh báo về an toàn pin. Vấn đề không còn giới hạn ở các sản phẩm giá rẻ, mà đã lan sang những mẫu xe được trang bị công nghệ pin tiên tiến nhất. Trong thập kỷ qua, ngành công nghiệp ô tô đã tập trung vào hai yếu tố chính: tăng mật độ năng lượng để kéo dài phạm vi hoạt động và phát triển công nghệ sạc nhanh để cạnh tranh với xe động cơ đốt trong. Tuy nhiên, việc theo đuổi hiệu suất đỉnh cao này dường như đang phải đánh đổi bằng sự an toàn, một yếu tố vốn được xem là giới hạn thụ động.

1762054545818.png

Mật độ năng lượng và sự đánh đổi về độ ổn định

Sự chuyển dịch từ pin lithium sắt phosphate (LFP) sang pin lithium ba thành phần (NCM/NCA) là bước tiến hóa quan trọng đầu tiên của pin xe điện. Pin ba thành phần cung cấp mật độ năng lượng cao hơn, giúp xe đi được quãng đường xa hơn, nhưng lại có độ ổn định nhiệt kém hơn. Cấu trúc tinh thể của LFP khó phân hủy ở nhiệt độ cao và ít giải phóng oxy, do đó an toàn hơn. Ngược lại, pin ba thành phần, đặc biệt là loại có hàm lượng niken cao (như NCM 811), có hoạt tính điện hóa mạnh hơn, đồng nghĩa với rủi ro mất ổn định nhiệt cao hơn.

Thực tế đã chứng minh điều này qua các sự cố cháy nổ của GAC Aion S vào năm 2020 và đợt triệu hồi gần 70.000 xe của General Motors vào năm 2021 do rủi ro từ pin niken cao. Sau các sự cố này, ngành công nghiệp đã có xu hướng chuyển sang các giải pháp cân bằng hơn, với tỷ lệ niken thấp hơn (NCM 523 hoặc 622). Tuy nhiên, pin ba thành phần vẫn là lựa chọn tiêu chuẩn cho các dòng xe điện trung và cao cấp, trong khi LFP phổ biến ở phân khúc giá rẻ hơn.

Tối ưu hóa cấu trúc: Lợi ích và rủi ro đi kèm

Để tăng mật độ năng lượng mà không thay đổi nhiều về hóa học, các nhà sản xuất đã tập trung vào cải tiến cấu trúc pin. Xu hướng này bao gồm việc tăng kích thước cell pin (từ 18650 lên 4680 của Tesla) và loại bỏ các mô-đun trung gian qua công nghệ Cell-to-Pack (CTP) và Cell-to-Chassis (CTC). Các công nghệ này giúp tích hợp nhiều vật liệu hoạt tính hơn vào cùng một không gian, tăng đáng kể dung lượng pin.

1762054252331.png

Pin Blade của BYD và pin Qilin của CATL là những ví dụ điển hình, với tỷ lệ sử dụng thể tích tăng lần lượt 50% và 72%. Tuy nhiên, việc tích hợp các cell pin lớn hơn và dày đặc hơn cũng đồng nghĩa với việc khi một cell gặp sự cố đoản mạch, hiện tượng thoát nhiệt (thermal runaway) sẽ diễn ra nhanh và dữ dội hơn. Năng lượng tích tụ trong một không gian hẹp có thể tạo ra các điểm nóng cục bộ, đẩy nhanh chuỗi phản ứng không thể kiểm soát, giải thích tại sao thời gian từ lúc bốc khói đến khi bùng cháy trong các vụ việc gần đây là rất ngắn.

Cuộc đua sạc nhanh và những thách thức an toàn mới

Sự phát triển của nền tảng điện áp cao 800V đã đưa công nghệ sạc nhanh lên một tầm cao mới, nhưng cũng mang đến những thách thức an toàn lớn. Bằng cách tăng cả điện áp và dòng điện, công suất sạc đã có thể vượt ngưỡng 400-500 kW, cho phép sạc hàng trăm km chỉ trong vài phút. Pin Qilin 5C của CATL trang bị trên Li Auto MEGA là một minh chứng.

1762054396333.png

Tuy nhiên, điện áp cao đòi hỏi các tiêu chuẩn cực kỳ khắt khe về cách điện và bảo vệ. Dòng điện lớn không chỉ sinh nhiệt nhanh mà còn có thể gây ra hiện tượng hình thành các tinh thể lithium (dendrite), làm giảm tuổi thọ pin và tăng nguy cơ đoản mạch. Li Bin, người sáng lập NIO, từng thừa nhận rằng công nghệ sạc siêu nhanh hiện nay đang phải trả giá bằng tuổi thọ pin. Ông cho rằng chi phí thay pin sau 8-10 năm sử dụng là gánh nặng lớn cho người dùng và xã hội.

Hướng tới giải pháp cân bằng giữa hiệu suất và an toàn

Trong khi pin thể rắn được xem là giải pháp tối ưu trong tương lai nhưng vẫn còn xa vời, các nhà sản xuất đang nỗ lực cải thiện độ an toàn của pin lỏng hiện tại. Các giải pháp bao gồm tối ưu hóa hệ thống quản lý nhiệt (như tấm làm mát giữa các cell của pin Qilin), cải tiến vật liệu điện cực, và phát triển hệ thống quản lý pin (BMS) thông minh hơn để giám sát và phản ứng nhanh với các dấu hiệu bất thường.

Tuy nhiên, trong một hệ thống hiệu suất cao, sự cố đoản mạch tức thời có thể xảy ra nhanh hơn khả năng phản ứng của BMS. An toàn pin là kết quả tổng hòa của vật liệu, thiết kế cấu trúc, quy trình sản xuất và hệ thống quản lý. Không có công nghệ nào an toàn tuyệt đối, chỉ có sự nỗ lực không ngừng để giảm thiểu tỷ lệ rủi ro. Mỗi sự cố cháy nổ đều là một bài học đắt giá, cung cấp dữ liệu quan trọng để ngành công nghiệp cải tiến công nghệ, hướng tới một tương lai xe điện an toàn và bền vững hơn.

CTVX