Được coi là 'Chén Thánh' của ngành công nghiệp pin, liệu pin thể rắn có thể làm nên chuyện?

Năm 1992, nhờ hàng thập kỷ kiên trì nghiên cứu về pin lithium-ion, Sony đã có thể giới thiệu những sản phẩm như điện thoại di động và máy quay video cầm tay đã thay đổi cuộc sống của hàng tỷ người tiêu dùng trên toàn thế giới, tạo ra một cuộc cách mạng về thiết bị điện tử cầm tay.

Hiện giờ, pin lại đang củng cố nhiệm vụ to lớn là cải tổ hệ thống năng lượng và giao thông toàn cầu nhằm giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Trong khi chi phí sản xuất pin lithium-ion đã giảm mạnh, giúp doanh số bán ô tô điện tăng vọt trong những năm gần đây, thì bản chất cơ bản của công nghệ này vẫn ít thay đổi kể từ khi được thương mại hóa.

Tuy nhiên, sau ba thập kỷ tối ưu hóa dần dần, quan điểm chính thống đó có thể sớm bị thay đổi. Những tuần gần đây, Toyota, nhà sản xuất ô tô lớn nhất thế giới đã cho biết rằng họ sắp đạt được bước đột phá trong sản xuất cho một công nghệ có khả năng thay đổi cuộc chơi: Pin thể rắn. Kể từ đó, vốn hóa thị trường của Toyota đã tăng 26 tỷ USD.

Nếu thành công, Toyota có thể bắt đầu bán những chiếc xe điện an toàn hơn, có thể sạc nhanh hơn và có thể lái được 1.200 km chỉ sau một lần sạc – gấp đôi mức trung bình hiện tại của công ty – sớm nhất là vào năm 2027.

Peter Bruce, đồng sáng lập và nhà khoa học trưởng của Viện Faraday, một viện nghiên cứu pin của Anh cho biết: “Một cuộc đua đang diễn ra trên toàn thế giới để thành công trong lĩnh vực pin thể rắn. Nếu Toyota hoặc bất kỳ công ty nào khác thành công trong việc chế tạo pin thể rắn có chi phí cạnh tranh và mang lại tuổi thọ cần thiết, thì họ có thể tăng mật độ năng lượng và sạc trong 10 phút. Nếu đạt được những tiêu chí đó, pin thể rắn sẽ thực sự gây rối loạn thị trường”.

Nếu công nghệ này được giới thiệu thành công chắc chắn sẽ tác động rất lớn. Pin thể rắn sẽ làm rung chuyển ngành công nghiệp ô tô - nơi doanh số bán xe điện và pin hiện đang bị thống trị bởi Tesla, BYD và CATL của Trung Quốc.

Một số nhà quan sát tin rằng sự thay đổi mà pin thể rắn gây ra có thể cũng quan trọng như sự thay đổi từ điện thoại cố định sang điện thoại di động.

Nhưng công nghệ pin thể rắn vẫn còn những hoài nghi. Các nhà phê bình đặt câu hỏi liệu các vấn đề khoa học cơ bản đã được giải quyết hay chưa? Một số khác lại cho rằng liệu việc sản xuất số lượng lớn, tốc độ cao có thể thực hiện được hay không, hoặc liệu có tồn tại một thị trường lớn hay không?

Tuyên bố mới nhất của Toyota về công nghệ pin mới đã đặt ra câu hỏi về việc liệu pin thể rắn sẽ sớm đóng góp lớn vào việc khử cacbon trong hệ thống giao thông toàn cầu.

Venkat Srinivasan, giám đốc Trung tâm Hợp tác Khoa học Lưu trữ Năng lượng Argonne, một phòng thí nghiệm được chính phủ Mỹ tài trợ thậm chí gọi pin thể rắn là “chén thánh” của ngành công nghiệp pin về lâu dài.

“Nhưng liệu những đổi mới thú vị ở quy mô phòng thí nghiệm này vẫn còn một chặng đường lớn phải vượt qua trước khi chúng có thể được sản xuất hay thứ gì đó có thể sớm được sản xuất ở quy mô lớn?”, Srivivasan đặt câu hỏi. “Tôi vẫn đang rất băn khoăn với điều đó”.

TÁC ĐỘNG TOÀN CẦU

Sự ra đời của pin thể rắn có thể có tác động sâu sắc đến tương lai của ngành công nghiệp ô tô toàn cầu.

Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế, hiện tại, Trung Quốc có tiềm năng thống trị giai đoạn tiếp theo của ngành vì nước này dẫn đầu cả về công nghệ và sản xuất pin. Trên thực tế, Trung Quốc sản xuất hơn 75% pin trên toàn cầu vào năm ngoái, theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế.

CATL cho đến nay là nhà sản xuất pin lớn nhất thế giới, chiếm 37% thị phần. Công ty có trụ sở tại Ningde là nhà sản xuất pin có lợi nhuận cao nhất và có lợi thế về chi phí đáng kể, một phần nhờ quy mô và sự đầu tư vào nghiên cứu và phát triển.

Pin thể rắn có thể là cách duy nhất để vượt qua Bắc Kinh trong cuộc đua pin. Toyota không phải là công ty duy nhất đầu tư vào công nghệ này. Nissan và Honda cũng có chương trình riêng của họ. Ba nhà sản xuất pin hàng đầu của Hàn Quốc gồm LG Energy Solution, Samsung SDI và SK On – đều đã tuyên bố ý định phát triển loại pin này vào cuối những năm 2020. Các công ty khởi nghiệp của Mỹ là QuantumScape và Solid Power, đối tác của Volkswagen và BMW, đều có mục tiêu thương mại hóa tương tự cho các công nghệ của riêng họ.

Màn hình điều khiển trong một mẫu xe điện của Toyota.

Akitoshi Hayashi, giáo sư tại Đại học Osaka Metropolitan cho biết sẽ “cực kỳ thách thức” để sản xuất hàng loạt pin thể rắn với chất lượng tương đương với pin lithium-ion hiện tại, nhưng nếu đạt được, công nghệ này sẽ “vô địch trên toàn cầu”.

Ông cho biết thêm: “Pin thể rắn sẽ là chìa khóa cho sự hồi sinh của các nhà sản xuất ô tô Nhật Bản, vốn đang đi sau trong chiến lược xe điện và đối với Nhật Bản, quốc gia đã mất thị phần về pin lithium-ion”.

Trung Quốc cũng kiểm soát việc xử lý nguyên liệu thô của pin. Pin thể rắn có thể giảm bớt một số lỗ hổng nhất định, chẳng hạn như sự phụ thuộc hiện nay vào than chì, thứ mà mới đây Bắc Kinh đã đặt ra hạn chế xuất khẩu. Nhưng động thái đó sẽ không làm được gì nhiều để giảm bớt tình trạng thiếu hụt lithium đã được dự báo vì chúng sẽ tiêu thụ nhiều hơn cả pin hiện tại.

Các nhà lãnh đạo ngành công nghiệp ở Trung Quốc và Hàn Quốc thậm chí ít lạc quan hơn về việc pin thể rắn. Theo một nguồn tin nội bộ của CATL, các nhà nghiên cứu của tập đoàn này đã làm việc trong thập kỷ qua để tìm hiểu về pin thể rắn. Họ vẫn chưa tìm ra một hệ thống tiết kiệm chi phí để sản xuất hàng loạt - và trong nội bộ CATL, người ta vẫn nghi ngờ liệu Toyota đã đạt được điều này hay chưa.

Các nhà lãnh đạo ngành công nghiệp Hàn Quốc cũng đồng tình với quan điểm đó. Một giám đốc điều hành cho biết: “Phát triển một sản phẩm và thương mại hóa là hai vấn đề khác nhau. Toyota đã nói về việc sản xuất hàng loạt pin thể rắn trong hơn 10 năm, nhưng họ liên tục trì hoãn thời gian”.

TRỞ NGẠI SẢN XUẤT

Ngay cả khi những thách thức về công nghệ và mở rộng quy mô có thể được khắc phục, vẫn chưa rõ liệu pin thể rắn có thể giảm chi phí sản xuất kịp thời để đẩy nhanh quá trình triển khai xe điện trên toàn cầu hay không.

Tính kinh tế nhờ quy mô sẽ giúp giảm chi phí. Nhưng hiệu suất và giá thành của pin lithium-ion hiện tại cũng không ngừng được cải thiện khi các công nghệ khác như cực dương silicon có những tiến bộ. Độ nhạy cực cao của pin thể rắn với độ ẩm và oxy có thể khiến chi phí sản xuất tăng cao, trong khi độ phức tạp của chúng có thể đòi hỏi phải thiết kế lại xe điện đắt tiền.

Nếu chi phí không giảm đủ thì pin thể rắn có thể sẽ chỉ được sử dụng cho ô tô hạng sang hoặc xe tải. Kim Dong-myung, người đứng đầu bộ phận pin ô tô tiên tiến của LGES Hàn Quốc cho biết việc sản xuất chúng “quá tốn kém” và sẽ có “những ứng dụng rất hạn chế”.

Lee Kyung Sub, người đứng đầu bộ phận kinh doanh vật liệu pin tại tập đoàn Posco của Hàn Quốc ước tính ngay cả khi mọi thứ diễn ra theo đúng kế hoạch, pin thể rắn chỉ có thể chiếm khoảng 10% thị trường xe điện nói chung vào năm 2035.

Bên trong nhà máy của CATL.

Bản thân giám đốc điều hành của Toyota là Koji Sato, cũng đã do dự khi gọi pin thể rắn là “nhân tố thay đổi cuộc chơi” để giành chiến thắng trong cuộc đua xe điện toàn cầu. Sato đã chỉ ra rằng ban đầu pin thể rắn sẽ được tung ra với số lượng nhỏ trên các mẫu xe cao cấp, trong khi pin lithium-ion sẽ tiếp tục được sử dụng cho những chiếc ô tô giá cả phải chăng hơn.

Sato cho biết vào tuần trước: “Công nghệ pin thể rắn sẽ là một yếu tố cực kỳ quan trọng trong việc xây dựng sức mạnh tổng thể của chúng tôi đối với các sản phẩm pin khác nhau mà chúng tôi có. Nhưng chỉ riêng pin sẽ không quyết định được giá trị chiếc xe của chúng tôi”.

Nhiều giám đốc điều hành trong ngành ô tô cũng đồng ý rằng các công nghệ cấu thành nên pin thể rắn sẽ dần dần được tích hợp vào các loại pin ngày nay. CATL dường như đang có kế hoạch thực hiện chính xác điều đó, khi vào tháng 4 họ ra mắt một loại pin “dạng ngưng tụ” hay “bán rắn” mới với mật độ năng lượng gấp đôi so với các mẫu hiện tại.

Đối với tất cả những trở ngại kỹ thuật còn tồn tại, một số nhà quan sát tin rằng tác động tiềm tàng có thể rất sâu sắc. Một loại pin với hiệu suất được cải thiện đáng kể có thể mở ra cơ hội thiết kế lại nhiều khía cạnh của di chuyển toàn cầu, từ robotaxis đến hàng không khu vực và các loại máy bay không người lái mới.

Shirley Meng, giáo sư về pin tại Đại học Chicago cho biết. “Bằng cách tận dụng phạm vi lái xe và thời gian sạc mới, các công ty ô tô Nhật Bản đang hình dung lại tương lai của ngành vận tải”.

Bảo Linh