Pin ô tô điện sẽ sạc nhanh hơn, mạnh hơn và rẻ hơn nhờ cơ chế chưa từng được biết

Các chuyên gia tại Viện Nghiên cứu y khoa Max Planck (Đức) đã khám phá ra cách làm được điều này bằng cách tái định nghĩa cách hoạt động của điện cực.

Điện cực bao gồm hai phần chính: Vật liệu tiếp xúc (thường là lá đồng hoặc nhôm) giúp chuyển dòng điện ra vào pin, và vật liệu hoạt tính hấp thụ hoặc giải phóng điện tích đó.

Các nhà sản xuất pin đang đối mặt với một bài toán nan giải. Nếu họ làm điện cực dày hơn thì lưu trữ được nhiều năng lượng hơn nhưng tốc độ sạc sẽ chậm hơn. Ngược lại, nếu làm điện cực mỏng hơn, pin sẽ sạc nhanh hơn nhưng không giữ được nhiều năng lượng.

Nhóm nghiên cứu tại Max Planck đã tìm ra cách để dung hòa cả hai yếu tố này bằng cách sử dụng lưới kim loại thay vì lá phẳng. Lưới kim loại cho phép các ion tích điện di chuyển nhanh hơn nhiều. Ông Joachim Spatz, Giám đốc Viện nghiên cứu y khoa Max Planck, ví những dải kim loại siêu mỏng tạo nên lưới này như “một dạng đường cao tốc dành cho các ion kim loại”.

“Cơ sở cho việc này là một cơ chế vận chuyển ion trong điện cực mà trước đây chưa từng được biết đến”, Joachim Spatz nói.

Nghiên cứu cho thấy rằng nhờ phương pháp này, ion di chuyển nhanh gấp 56 lần so với trong điện cực thông thường. Vì lưới kim loại cho phép điện cực dày gấp 10 lần mức bình thường, nên có thể lưu trữ lượng năng lượng nhiều hơn tới 85% so với điện cực lá truyền thống.

Các chuyên gia tại Viện nghiên cứu y khoa Max Planck khám phá ra cách làm pin ô tô điện sạc nhanh hơn, mạnh hơn và rẻ hơn - Ảnh: Internet

Pin sạc nhanh hơn và nhiều năng lượng hơn đồng nghĩa với phạm vi hoạt động xa hơn của xe điện. Điều này có thể khiến nhiều người chuyển từ ô tô chạy xăng sang xe điện, từ đó giúp giảm mạnh lượng khí thải carbon - một trong những nguyên nhân chính gây biến đổi khí hậu.

Tuy nhiên, đó chưa phải là tất cả. Theo Joachim Spatz, sản xuất pin bằng lưới kim loại có thể rẻ hơn khoảng 30 - 40% so với các phương pháp hiện tại. Thay cho quy trình hiện tại, vốn phức tạp và đôi khi sử dụng dung môi độc hại, phương pháp mới này đưa vật liệu hoạt tính lên lưới dưới dạng bột khô. Người ta hy vọng rằng khoản tiết kiệm trong chi phí sản xuất pin ô tô điện sẽ làm giảm giá thành cho khách hàng.

Chưa rõ thời điểm loại pin này sẽ có mặt trên thị trường, nhưng Joachim Spatz đã thành lập một công ty khởi nghiệp và đang hợp tác với các nhà sản xuất ô tô để tiếp tục phát triển công nghệ đó.

Cuộc đua sạc ô tô điện siêu nhanh của BYD, Tesla và các đối thủ

Giữa tháng 3, BYD công bố hệ thống sạc megawatt có khả năng sạc ô tô điện nhanh như thời gian đổ đầy bình xăng, đồng thời tuyên bố sẽ xây dựng một mạng lưới trạm sạc trên toàn Trung Quốc, khởi động cuộc đua sạc siêu nhanh mới.

BYD giới thiệu trạm sạc siêu nhanh 10C cho các mẫu xe dựa trên nền tảng ô tô điện với hệ thống 1.000V.

Trước đây, BYD thường bị chỉ trích vì chức năng sạc DC (dòng điện một chiều) chậm. Dù an toàn, pin Blade LFP của BYD mất nhiều thời gian hơn để sạc so với pin NMC của các nhà sản xuất khác. Là hãng ô tô điện lớn nhất thế giới, BYD quyết định thay đổi với thành quả là các mẫu xe điện đầu tiên dựa trên nền tảng Super e-Platform với hệ thống điện cao áp 1.000V.

Để phù hợp với những chiếc xe điện này, BYD phát hành bộ sạc 1.000kW, cũng là một phần của nền tảng Super e-Platform, với tên gọi Megawatt Flash Charger.

Ông Vương Truyền Phúc (Giám đốc điều hành kiêm Chủ tịch BYD) thông báo công ty sẽ thiết lập hơn 4.000 trạm sạc nhanh trên toàn Trung Quốc.

Hệ thống của BYD có thể giúp ô tô điện đi được 400km sau 5 phút sạc. Trong quá trình thử nghiệm, trạm này đạt mức công suất 1mW chỉ 10 giây khi sạc cho hai mẫu ô tô điện Han L và Tang L. Thời gian sạc của xe từ 7% lên 50% chỉ 4,5 phút. Những ô tô điện thử nghiệm đều trang bị pin mới nhất của BYD với mô-đun nguồn silicon carbide 1.500V.

Các nhà sản xuất ô tô Trung Quốc đang tăng cường sử dụng công nghệ như vậy làm điểm nhấn bán hàng quan trọng để thu hút người mua trong một thị trường cạnh tranh khốc liệt.

Sạc nhanh đã được ghi nhận góp phần vào việc áp dụng rộng rãi ô tô điện tại Trung Quốc. Tesla, công ty ô tô điện Mỹ do Elon Musk điều hành, cũng cung cấp bộ sạc siêu nhanh.

BYD cho biết nền tảng Super e-Platform sẽ có khả năng sạc tối đa 1.000kW, cho phép ô tô điện chạy được 400km chỉ với 5 phút sạc.

Để đạt được hiệu suất như vậy, BYD đã phát triển một gói công nghệ gồm pin có hệ số nhân sạc 10C, nghĩa là có thể được sạc với tốc độ gấp 10 lần dung lượng pin mỗi giờ.

Những công nghệ khác gồm động cơ công suất cao, chip silicon carbide điện áp cao và bộ sạc nhanh hỗ trợ công suất 1.000kW.

Silicon carbide (SiC) là vật liệu bán dẫn tiên tiến có hiệu suất cao hơn silicon truyền thống, đặc biệt trong các ứng dụng công suất cao như ô tô điện và lưới điện. SiC là hợp chất bán dẫn gồm silicon (Si) và carbon (C).

Tesla, BYD, Toyota và nhiều hãng ô điện lớn đều sử dụng chip silicon carbide để tăng hiệu suất và kéo dài tuổi thọ pin.

Để so sánh, Tesla chủ yếu sử dụng hệ thống 400V có công suất sạc tối đa 250kW, ngoại trừ xe bán tải điện Cybertruck (800V, tối đa 350kW) và xe tải điện Semi (1.000V).

Zeekr, thương hiệu xe điện cao cấp của hãng Geely, vào năm ngoái đã ra mắt nền tảng 800V, có khả năng sạc từ mức 10% lên 80% với pin 75kWh trên mẫu sedan Zeekr 007 chỉ trong 10,5 phút.

Li Auto và Xpeng có công nghệ sạc nhanh tương tự, có thể đạt hơn 400km quãng đường di chuyển chỉ với 10 phút sạc.

BYD chiếm hơn 1/3 doanh số ô tô điện tại Trung Quốc. Song, chủ sở hữu ô tô điện BYD phần lớn vẫn dựa vào các trạm sạc của các nhà sản xuất ô tô khác hoặc các cột sạc công cộng do bên thứ ba điều hành.

BYD cho biết Super e-Platform yêu cầu bộ sạc nhanh của riêng mình và sẽ xây dựng hơn 4.000 trạm sạc như vậy trên khắp Trung Quốc, nhưng không nêu rõ khung thời gian.

Vương Truyền Phúc đã kêu gọi các nhà đầu tư bên ngoài, nói rằng BYD hoan nghênh sự hỗ trợ của họ trong việc xây dựng thêm các trạm sạc. Tuy nhiên, BYD sẽ phải cố gắng bắt kịp các đối thủ.

Nio có mạng lưới sạc rộng nhất tại Trung Quốc với khoảng 2.700 trạm sạc nhanh.

Tesla đi tiên phong trong các nỗ lực mở rộng mạng lưới sạc tại Trung Quốc và đã xây dựng hơn 2.000 trạm (tương đương 11.500 trụ sạc nhanh Supercharger) tính đến tháng 9.2024.

Các công ty nhỏ hơn như Li Auto, Xpeng và Zeekr cũng đang tăng cường nỗ lực để mở rộng mạng lưới sạc nhanh của họ. Đầu tháng 3, Li Auto tiết lộ đã xây dựng 1.900 trạm sạc nhanh kể từ tháng 4.2023.

Năm ngoái, Zeekr cho biết đặt mục tiêu xây dựng 2.000 trạm sạc siêu nhanh (tương đương 100.000 cột sạc siêu nhanh) trên toàn quốc vào năm 2026.

Huawei cũng đã xây dựng các trạm sạc siêu nhanh làm mát bằng chất lỏng hỗ trợ công suất sạc tối đa 600kW và các loại xe có kiến trúc lên tới 1.000V. Việc triển khai các mạng lưới sạc của Huawei, gồm cả trạm sạc siêu nhanh, đã vượt quá 50.000 trụ sạc tính đến năm ngoái.

Các nhà phân tích đã cảnh báo việc áp dụng rộng rãi công nghệ sạc nhanh sẽ gây thêm áp lực lên công suất lưới điện, đòi hỏi phải có thêm nhiều nỗ lực và đầu tư để nâng cấp cơ sở hạ tầng.

BYD nói sẽ giải quyết thách thức bằng cách trang bị một bộ lưu trữ năng lượng cho mỗi trạm sạc nhanh của mình. Đây là điều mà các nhà phân tích cho rằng sẽ làm cho các cơ sở này trở nên tốn kém hơn.

Sơn Vân