Giải mã nỗ lực của Tesla về pin xe điện công nghệ tiên phong

Giám đốc điều hành Tesla Elon Musk và Thị trưởng thành phố Thượng Hải Ying Yong tham dự lễ ra mắt pin Model Y do Tesla sản xuất tại Thượng Hải, Trung Quốc, ngày 7/1/2020.

Mục tiêu của ông chủ Musk

Reuters đưa tin, theo 12 chuyên gia thân cận với Tesla và quen thuộc với công nghệ mới của Tesla, tin tốt là bằng cách sử dụng các thành phần lớn hơn và một quy trình mới để làm khô các điện cực, Tesla có thể giảm một nửa chi phí của pin Model Y, tiết kiệm hơn 8% giá khởi điểm của chiếc xe ở Mỹ. Tin xấu là Tesla mới chỉ đi được một nửa chặng đường.

Đó là bởi vì kỹ thuật phủ khô được sử dụng để sản xuất các thành phần lớn hơn trong pin 4680 của Tesla quá mới và chưa được chứng minh, công ty đang gặp khó khăn trong việc mở rộng quy mô sản xuất đến mức tiết kiệm được chi phí lớn, các chuyên gia cho biết.

Một trong những chuyên gia thân cận của Tesla cho biết: “Họ chưa sẵn sàng để sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên, lợi ích mà Tesla đã đạt được trong việc cắt giảm chi phí sản xuất pin trong hai năm qua có thể giúp tăng lợi nhuận và vươn lên dẫn đầu so với hầu hết các đối thủ xe điện (EV)”.

Những cải tiến như hứa hẹn của ông chủ Musk về chi phí pin và hiệu suất được các nhà đầu tư coi là rất quan trọng đối với mục tiêu của Tesla trong việc mở ra kỷ nguyên mà hãng có thể bán một chiếc EV trị giá 25.000 đô la để thu lợi nhuận - và có cơ hội tốt hơn để đạt được mục tiêu năm 2030.

Hệ thống pin là yếu tố đơn lẻ đắt nhất của hầu hết các xe điện, vì vậy việc sản xuất các gói hiệu suất cao, chi phí thấp hơn là chìa khóa để sản xuất ra những chiếc xe điện giá cả phải chăng có thể sánh ngang với các đối thủ động cơ đốt trong về giá cả.

Tesla là một trong số ít các nhà sản xuất ô tô lớn tự sản xuất pin EV và bằng cách sản xuất thành phần Model Y tại các nhà máy ở Mỹ, chiếc SUV sẽ vẫn đủ điều kiện nhận các khoản tín dụng thuế của nước này khi nhiều xe EV đối thủ có thể không còn đủ điều kiện.

Tesla hiện không trả lời yêu cầu bình luận về vấn đề này, nhưng các nguồn tin dự đoán rằng, Tesla sẽ khó thực hiện đầy đủ quy trình sản xuất lớp phủ khô mới trước cuối năm nay và có lẽ phải đến năm 2023.

Ông Stan Whittingham, nhà đồng phát minh ra pin lithium-ion, người đoạt giải Nobel năm 2019, tin rằng, Giám đốc điều hành Tesla Elon Musk đã quá lạc quan về khung thời gian thương mại hóa kỹ thuật mới này.

Trước đó, vào tháng 8, tỷ phú Musk tuyên bố với các cổ đông rằng, Tesla sẽ sản xuất số lượng lớn loại pin 4680 vào cuối năm 2022.

Theo các chuyên gia, cho đến nay, Tesla chỉ có thể cắt giảm chi phí pin của Model Y từ 2.000 đến 3.000 USD, bằng khoảng một nửa số tiền tiết kiệm mà Tesla đã lên kế hoạch cho loại pin 4680 mà hãng đã công bố cách đây hai năm.

Tuy nhiên, những khoản tiết kiệm đó chủ yếu đến từ thiết kế của 4680 cell mới, lớn hơn so với pin 2170 hiện tại của Tesla, họ cho biết. Nhưng trung tâm của động lực để giảm chi phí là công nghệ sơn khô, mà tỷ phú Musk đã mô tả là mang tính cách mạng nhưng rất khó thực hiện.

Theo các nguồn tin, nó sẽ mang lại lợi nhuận bằng một nửa 5.500 đô la tiết kiệm được mà Tesla hy vọng sẽ vươn tới, bằng cách cắt giảm chi phí sản xuất và chi tiêu vốn một lần.

Tesla đã có được bí quyết này vào năm 2019 khi trả hơn 200 triệu USD cho Maxwell Technologies, một công ty ở San Diego sản xuất siêu tụ điện, dự trữ năng lượng cho các thiết bị cần phát điện nhanh, chẳng hạn như đèn flash máy ảnh.

Dựa trên công nghệ của Maxwell, Tesla đã bắt đầu sản xuất 4680 tế bào khô trong năm nay, lần đầu tiên trong một cuộc thử nghiệm gần nhà máy ở Fremont, California và gần đây là tại trụ sở toàn cầu mới ở Austin, Texas.

Pin 4680 (trái) và pin 2170 (phải).

Công nghệ ưu việt

Công nghệ này cho phép Tesla loại bỏ quy trình sơn ướt cũ hơn, phức tạp hơn và tốn kém hơn. Quy trình cũ có chi phí cao vì nó cần một lượng điện đáng kể, máy móc, không gian nhà xưởng, thời gian và một lực lượng lao động lớn.

Để phủ các điện cực trong quá trình ướt, các nhà sản xuất pin trộn vật liệu với dung môi kết dính độc hại. Sau khi được phủ, các điện cực được làm khô trong các lò lớn, với các dung môi độc hại bay hơi trong quá trình này được thu hồi, xử lý và tái chế - tất cả đều làm tăng thêm chi phí.

Với công nghệ mới, các điện cực được phủ bằng các chất kết dính khác nhau mà ít sử dụng chất lỏng, vì vậy chúng không cần phải làm khô. Điều đó có nghĩa là nó rẻ hơn, nhanh hơn và cũng ít gây hại cho môi trường hơn.

Tesla cho biết, vì tính đơn giản của nó, quy trình này cho phép Tesla cắt giảm chi tiêu vốn xuống 1/3 và cắt giảm cả diện tích của một nhà máy và mức tiêu thụ năng lượng của nó xuống còn 1/10 những gì cần thiết cho quy trình pin ướt,.

Tuy nhiên, công ty đã gặp khó khăn trong việc thương mại hóa quy trình này, các nguồn tin cho biết.

Maxwell đã phát triển quy trình phủ khô cho siêu tụ điện, nhưng thách thức với các điện cực phủ cho pin EV là chúng lớn hơn và dày hơn nhiều, điều này khiến cho việc phủ chúng với chất lượng đồng nhất ở tốc độ sản xuất hàng loạt là rất khó.

"Họ có thể sản xuất với số lượng nhỏ, nhưng khi họ bắt đầu sản xuất số lượng lớn, Tesla đã bị từ chối rất nhiều", một trong những nguồn tin có quan hệ với Tesla nói với Reuters.

Nguồn tin cho biết, năng suất sản xuất thấp đến mức tất cả các khoản tiết kiệm chi phí dự kiến từ quy trình mới đã bị mất.

Theo các nguồn tin, nếu tất cả các hiệu quả tiềm năng từ lớp phủ khô và các tế bào lớn hơn, chi phí sản xuất cho bộ pin 4680 của Model Y sẽ giảm xuống còn 5.000 USD đến 5.500 USD - gần bằng một nửa chi phí của bộ pin 2170.

Tuy nhiên, chi phí vật liệu và năng lượng tăng cao gây ra rủi ro cho những dự báo đó và Tesla vẫn chưa thể cải thiện đáng kể mật độ năng lượng của pin mới hoặc lượng năng lượng mà nó mang lại, như ông chủ Musk đã hứa.

Tuy nhiên, bất chấp những yếu tố đó, mức tiết kiệm mà Tesla dự kiến đạt được sẽ khiến pin 4680 trở thành "loại pin tốt nhất trong ngành" trong tương lai gần, một nguồn tin cho biết.

Loại pin với công nghệ mới có thể dự trữ năng lượng gấp 5 lần so với loại cũ.

Tiết kiệm chi phí

Các chuyên gia cho biết, phần lớn chi phí tiết kiệm được từ 2.000 đến 3.000 USD đạt được với pin 4680 cho đến nay là do các cải tiến khác và việc sử dụng các tế bào lớn hơn đã được chứng minh là đặc biệt hiệu quả.

Pin 4680 ô có kích thước gấp 5,5 lần so với pin 2170 về thể tích. Với công nghệ cũ, Tesla cần khoảng 4.400 thành phần để cung cấp năng lượng cho Model Y và có 17.600 điểm cần được hàn - 4 điểm trên mỗi tế bào - để tạo ra một gói có thể tích hợp vào xe, các nguồn tin cho biết.

Nhưng với bộ pin 4680, chỉ cần 830 ô và Tesla đã thay đổi thiết kế để chỉ có hai điểm hàn trên mỗi ô, cắt giảm điểm hàn xuống còn 1.660 điểm và tiết kiệm chi phí đáng kể.

Thiết kế đơn giản hơn cũng có nghĩa là có ít đầu nối và các thành phần khác hơn, điều này đã cho phép Tesla tiết kiệm hơn nữa chi phí lao động và thời gian hoạt động của máy móc.

Một nguồn hiệu quả khác là vỏ ngoài cứng hơn rất nhiều của thành phần lớn hơn. Tesla hiện có thể liên kết các thành phần với nhau bằng chất kết dính thành một gói cứng giống như tổ ong, sau đó được kết nối trực tiếp với cấu trúc bên trong của Model Y.

Điều này giúp loại bỏ bước trung gian là gộp các tế bào thành các mô-đun lớn hơn, sau đó được lắp vào bộ pin truyền thống, các nguồn tin cho biết.

Bằng cách chuyển sang thiết kế "thành phần cho xe" này, Tesla có thể giảm trọng lượng của gói pin 1.200 pound truyền thống từ 55 pound trở lên - tiết kiệm khoảng 500 đến 600 USD cho mỗi gói, một trong những nguồn tin cho biết.

Nhưng thành thạo kỹ thuật phủ khô vẫn là điều cốt lõi.

Một nguồn tin cho biết: “Việc tăng hiệu quả hoạt động của pin đã giúp ích rất nhiều trong việc tăng hiệu suất, nhưng việc tiết kiệm 50% chi phí cho toàn bộ pin lại là một vấn đề khác. Điều đó sẽ phụ thuộc vào việc Tesla có thể triển khai thành công quy trình sơn khô trong nhà máy hay không".

Hà Anh (theo Reuters)