Xe điện ngày càng sạc nhanh hơn

Vào thế kỷ 19, dù xe điện đã được phát minh và phổ biến tại một số thành phố dọc nước Mỹ và châu Âu, đa phần chúng chỉ được xem là những món “trang sức” của giới quý tộc khi có phạm vi hoạt động ngắn, không thể sạc pin linh động.

Sau khi chạy vài chục km, pin được tháo khỏi xe và mang đến các trạm hay còn gọi là "battery room" với công suất 6 kW nhằm sạc đầy trong 24 giờ. Một ngày sạc để phục vụ cho một vài giờ di chuyển ngắn ngủi rõ ràng không thể biến xe điện thành một phương tiện hữu dụng ở thời điểm đó.

Tốn một ngày để sạc đầy pin

Năm 1914, General Motors (GM) ra mắt trạm sạc điện tại Mỹ nhằm phục vụ cho chiếc EV1. GM EV1 sử dụng pin axit chì với phạm vi hoạt động dưới 100 km/lần sạc. Theo Electric Car Charger, chiếc sedan điện của GM cần gần một ngày để sạc đầy pin do giới hạn của công nghệ.

Những trạm sạc điện đầu tiên được xây dựng. Ảnh: Electric Car Charger.

Những trạm sạc này có tên là “Electrant” được lắp đặt ở một số góc đường với đơn vị tính tiền riêng biệt. Trạm sạc được thiết kế tương tự booth điện thoại và có thể sạc được cả pin niken-sắt và axit-chì 48V.

Với sự giới hạn về công nghệ, xe điện nói chung cũng như pin và công nghệ sạc đã phải nhường chỗ cho sự bùng nổ của xe sử dụng động cơ đốt trong trong gần 1 thế kỷ, cho tới khi người ta muốn phương tiện sử dụng năng lượng điện trở lại.

Đến năm 2002, bằng nhiều cố gắng của các hãng xe với ô tô điện, trạm sạc điện dần phủ sóng tại Mỹ. Tuy nhiên, để sạc đầy 100% lượng pin, người dùng vẫn phải chờ đợi nhiều giờ.

Thời điểm này, trạm sạc ôtô điện vướng phải hàng loạt trở ngại, đa phần đến từ sự non nớt của công nghệ lưu trữ, cơ sở hạ tầng, điện năng tiêu thụ tính toán phức tạp.

Những trạm sạc lắp tại nhà đối mặt với rủi ro về chi phí và an toàn bởi nhà sản xuất chưa thể đưa giá mức giá hợp lý cũng như lắp các đường điện đúng quy định. Vì vậy, công nghệ sạc vẫn rơi vào tình trạng “đóng băng” gần một thập kỷ, cho đến khi Tesla gây được sự chú ý.

Thời gian sạc ngày càng ngắn

Năm 2008, Tesla giới thiệu chiếc xe điện đầu tiên tên “Roadster”, được quảng cáo phù hợp với việc di chuyển hàng ngày. Nhà sản xuất ôtô điện này cũng trang bị kèm Roadster một cổng sạc điện có khả năng lấp đầy pin trong vài giờ.

Cùng lúc đó, Nissan Leaf được ra mắt người dùng, trở thành đối thủ chính của Tesla tại thị trường Mỹ. Theo nhà sản xuất Nhật Bản, chiếc xe điện này có thời gian sạc dao động 8 giờ. Tương tự Tesla Roadster, Nissan Leaf cũng được trang bị kèm một cổng sạc độc quyền thay cho các loại sạc công cộng ở thời điểm đó.

Cổng sạc độc quyền trên chiếc Tesla Roadster. Ảnh: Wiztecy.

Với mục tiêu phát triển xe điện, các nhà sản xuất ôtô đã bắt đầu chú ý đến việc nghiên cứu và phát triển trạm sạc cũng như công nghệ pin nhằm rút ngắn thời gian sạc. Trong giai đoạn 2008-2010, Kế hoạch Công nghiệp Xe Năng lượng Mới được Ủy ban Cải cách và Phát triển Quốc gia Trung Quốc công bố.

Theo kế hoạch đến năm 2021, trên thế giới sẽ xây dựng được ít nhất 500.000 trạm sạc. Sau khi được công bố, kế hoạch thu hút lượng lớn nhà đầu tư toàn thế giới, tập trung xây dựng và phát triển hệ thống hạ tầng trạm sạc, đặc biệt tại 3 thị trường lớn là Mỹ, châu Âu và Trung Quốc.

Năm 2012, Tesla ra mắt Model S có thời gian sạc đầy từ 0-80% chỉ mất khoảng 40 phút. Trong thời gian này, nhà sản xuất ôtô điện của Mỹ cũng tiếp tục tập trung phát triển các công nghệ sạc nhằm tối ưu thời gian sạc cho người dùng.

Thực tế, thời gian sạc pin không chỉ phụ thuộc vào công nghệ hay loại pin trên xe mà còn phụ thuộc vào công suất khác nhau của nguồn sạc. Theo Edmunds, mỗi cổng sạc khác nhau sẽ cho công suất và thời gian sạc riêng.

Mỗi quốc gia, châu lục sẽ có những bảng phân cấp công suất đầu sạc khác nhau.

Level 1 thường chỉ các trạm sạc tại nhà 120 V với công suất 1,4 kW. Các nguồn sạc level 2 thường sử dụng điện áp 240 V với công suất dao động 3-20 kW. Cổng sạc level 3 sử dụng nguồn điện DC có công suất dao động 30-120 kW tùy hãng sản xuất.

Các cổng sạc level 4 đã bắt đầu xuất hiện trên thị trường nhưng chưa phổ biển rộng rãi. Đây là những cổng sạc sử dụng điện áp 800-1.000 V, công suất khởi điểm 400 kW.

Mỗi cổng sạc cung cấp công suất khác nhau. Ảnh: ZDWL.

Sự khác biệt về công suất của mỗi trạm sạc sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian sạc pin của xe điện. Ví dụ như Toyota Prius Prime cần đến 12 giờ để sạc đầy nếu cổng sạc là loại level 1. Trong khi đó, chiếc xe này chỉ mất khoảng 2 giờ để sạc cổng level 2.

Ngày nay, xe điện cũng như hạ tầng trạm sạc đã được các nhà sản xuất, đầu tư phát triển đến mức độ cao hơn. Tại một số thị trường như Mỹ hay Trung Quốc, thời gian sạc điện cho EV đã rút ngắn xuống chỉ còn dao động 1-2 giờ.

Thậm chí, nhiều mẫu xe còn có thời gian sạc từ 0-80% chỉ khoảng vài chục phúc tùy thuộc vào trạm sạc và công nghệ pin. Cụ thể, số liệu từ Beev.co cho thấy Tesla Model Y chỉ mất 20 phút để sạc đầy 80% lượng pin, là một trong những ôtô điện có thời gian sạc nhanh nhất trên thị trường trong năm 2023.

Top 5 mẫu xe có thời gian sạc từ 0-80% ngắn nhất còn bao gồm Kia EV6 (18 phút), Hyundai IONIQ 5 (18 phút) hay Porsche Taycan Turbo (22 phút), Audi e-Tron GT (25 phút).

Công nghệ pin ảnh hưởng đến thời gian sạc

Bên cạnh việc phát triển hạ tầng trạm sạc, các nhà sản xuất ôtô điện cũng tập trung nghiên cứu và cho ra đời hàng loạt công nghệ pin mới nhằm đảm bảo khả năng vận hành và gia tăng sức mạnh cho EV.

Tại Mỹ, những chiếc xe Tesla đã được chuyển từ bộ pin Nikel sang pin LFP nhằm đảm bảo độ an toàn. Mặc dù có phạm vi hoạt động trên lý thuyết không quá dài, pin LFP lại hạn chế được nguy cơ cháy nổ so với pin Nikel.

Mercedes-Benz hay Porsche đều đã có những tinh chỉnh trong động cơ điện bằng cách thay thế các bộ pin thế hệ cũ sang pin Lithium-ion loại mới, loại bỏ than chì ở cực dương sang silicon nhằm tăng dung lượng pin và giảm thời gian sạc.

Nhà sản xuất ôtô Việt Nam, VinFast, cũng có những sự thay đổi ở công nghệ pin lắp ráp bên trong dải sản phẩm. Năm 2023, VinFast VF 8 thế hệ mới được trang bị bộ pin nhập khẩu trực tiếp từ CATL thay cho cell pin cũ từ Samsung.

Nhờ đó, phạm vi hoạt động của mẫu xe này tăng từ 438 lên 594 km cho bản Eco và 423 lên 580 km cho bản Plus. Thời gian sạc từ 0-70% là 35 phút với dung lượng pin cũng tăng lên 123 kWh thay vì 92 kWh.

Trung Quốc cũng đã bắt đầu nghiên cứu và chế tạo những loại pin thế hệ mới, cung cấp sức mạnh rõ rệt và khi lắp vào xe, thời gian sạc sẽ chỉ còn dao động 1–15 phút cho 90% năng lượng.

Greater Bay Technology, một công ty được tách ra từ nhánh GAC Aion cho biết hãng đã sản xuất thành công pin Phoenix bằng vật liệu siêu dẫn. Theo nhà sản xuất ước tính, pin Phoenix có thể nâng phạm vi hoạt động của xe điện lên 1.000 km/lần sạc. Xe cũng chỉ mất 15 phút để giúp xe chạy thêm 500 km.

Aion V Plus được trang bị pin Pheonix. Ảnh: GAC Aion.

Năm 2023, Nio Power cũng ra mắt công nghệ “đổi pin” được áp dụng với những mẫu xe mới của hãng. Theo nhà sản xuất, thay vì phải chờ 20-30 phút để sạc đầy pin ôtô, người dùng có thể lái chiếc xe điện đến các trạm đổi pin và tiếp tục chuyến hành trình chỉ sau 3 phút.

Nhìn chung, ngành công nghiệp pin và trạm sạc đã có những bước tiến vượt trội từ đó giúp thúc đẩy sự phát triển của xe điện. Ở thời điểm mà chi phí vận hành giảm, mật độ trạm sạc dày đặc và giá xe ổn định, người dùng sẽ không còn trở ngại khi lựa chọn sử dụng những mẫu xe năng lượng mới thay cho ôtô động cơ đốt trong.

Đan Thanh