Công nghệ PIN xe điện EV định hình tương lai ngành sản xuất ô tô toàn cầu

Công nghệ pin xe điện EV được xem là “xương sống” của kỷ nguyên xe điện ngày nay. Công nghệ pin không ngừng được nghiên cứu phát triển theo thời gian để nâng cao hiệu suất cho xe điện. Trong bài viết này, Trang Công Nghệ sẽ cung cấp cho bạn đọc cái nhìn tổng quan về những bước tiến mới nhất trong công nghệ pin xe điện.

Xe điện - hướng tới một tương lai không phát thải

Giao thông vận tải là nguồn phát thải khí nhà kính lớn thứ hai sau ngành năng lượng. Bởi vậy, các nhà nghiên cứu, các cơ quan chức năng có liên quan và chính phủ trên toàn thế giới luôn đã và đang nhiều nguồn lực để giải quyết vấn đề này cũng như giảm thiểu tác động của ngành đối với biến đổi khí hậu.

Trong thập kỷ qua, thị trường xe điện toàn cầu đã có một bước tiến đáng kể, với nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng đối với các loại xe phát thải cực thấp, thúc đẩy sự phát triển của ngành. Trong khi đại dịch toàn cầu COVID-19 đã phần nào làm gián đoạn ngành công nghiệp ô tô, thì tốc độ tăng trưởng doanh số bán xe điện vẫn tích cực.

Doanh số bán xe điện toàn cầu tăng gần gấp đôi (43%) so với số liệu năm 2019 vào năm 2020, thị phần xe điện tăng lên 4,3%. Một lần nữa, vào năm 2021, doanh số bán hàng đã tăng gấp đôi lên 6,75 triệu chiếc trên toàn thế giới.

Nhiều quốc gia đặt mục tiêu loại bỏ hoàn toàn việc bán các loại xe động cơ đốt trong (ICE) mới trong những thập kỷ tới. Tuy nhiên, điều này là không dễ dàng bởi còn nhiều bài toán cần gỡ đối với xe điện như nỗi lo về phạm vi hoạt động, hiệu suất pin và tính bền vững.

Cải thiện công nghệ pin

Cuộc đua cải tiến công nghệ pin xe điện được ví như một cơn sốt “đào vàng” mới. Phát triển các công nghệ pin giúp xe điện có phạm vi hoạt động tốt hơn, thời gian sạc nhanh hơn cũng như nâng cao hiệu suất, độ tin cậy và an toàn là trọng tâm nghiên cứu trong ngành.

Vài năm qua, một số phát triển thú vị đã được các nhà nghiên cứu và sản xuất ô tô công bố, điều này sẽ giúp ngành công nghiệp xe điện (EV) từng bước đáp ứng nhu cầu và giải quyết mối quan tâm của người tiêu dùng.

Mới đây, Toyota thông báo đang phát triển pin xe điện thế hệ mới cho phạm vi hoạt động 1000km. Để so sánh, phiên bản tầm xa của Tesla Model Y, xe điện bán chạy nhất thế giới, có thể lái quãng đường khoảng 530 km. Đồng thời, nhà sản xuất ô tô Nhật Bản cũng cam kết sử dụng dây chuyền lắp ráp "tự hành" và đúc Giga để cắt giảm chi phí sản xuất, áp dụng đổi mới sản xuất.

Trong khi nhiều thách thức vẫn còn ở phía trước, việc thúc đẩy ngành giao thông vận tải hướng tới mô hình hậu carbon là điều cần thiết.

Công nghệ sạc nhanh giúp thay đổi cuộc chơi

Một trong những điều lo ngại khiến người dùng còn phân vân việc áp dụng rộng rãi các công nghệ xe điện là thời gian sạc. Mặc dù đã đạt được tiến bộ trong việc giảm thời gian sạc từ 8-10 giờ xuống 2-3 giờ song các mẫu xe điện thương mại hiện tại rõ ràng không thể cạnh tranh với xe ICE về mặt này.

Sạc pin trong thời gian ngắn hơn so với thời gian nạp nhiên liệu cho phương tiện ICE sẽ là bước phát triển thay đổi cuộc chơi trong công nghệ pin, có thể làm tăng đáng kể mức độ tiếp nhận của người tiêu dùng đối với những phương tiện này.

Morand, một công ty khởi nghiệp ở Thụy Sĩ, đã tiết lộ một công nghệ pin xe điện mới giúp giảm thời gian sạc cho xe xuống còn khoảng 72 giây. Pin EV sáng tạo của công ty là một hệ thống lai sử dụng cả công nghệ pin thông thường và siêu tụ điện.

Công nghệ này, được đặt tên là eTechnology, cung cấp khả năng sạc 80% trong 72 giây và có thể sạc EV lên 100% chỉ trong 2,5 phút. Mặc dù không thể đáp ứng nhu cầu của xe điện tầm xa, nhưng công nghệ này lý tưởng phù hợp với ô tô thành phố nhỏ, xe đạp điện và máy bay không người lái. Công nghệ này cũng hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ khắc nghiệt.

Cải thiện độ an toàn của pin Lithium-ion

An toàn là mối quan tâm hàng đầu đối với các nhà sản xuất pin EV. Mặc dù hiếm xảy ra nhưng pin lithium-ion có thể bắt lửa, đặc biệt nếu bị hỏng. Hàng năm, các công ty chi rất nhiều tiền để phát triển và thử nghiệm các loại pin an toàn hơn, không có nguy cơ cháy nổ.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford đã phát triển một chất điện phân chống cháy ngay cả ở nhiệt độ khắc nghiệt trên 140F. Trung tâm của giải pháp này là muối lithium bổ sung trong chất điện phân. Nhóm nghiên cứu đã thêm muối lithium (cụ thể là LiFSI) vào chất điện phân dựa trên polyme.

Hàm lượng muối lithium của chất điện phân đã tăng từ dưới 50% lên 63% tính theo trọng lượng. LiFSI hoạt động như một “mỏ neo” trong chất điện phân cho các phân tử dung môi dễ cháy. Thông qua giải pháp này, pin lithium-ion có thể tiếp tục hoạt động ở nhiệt độ cao tới 212F.

Những phát triển mới khác trong công nghệ pin xe điện

Các nhà khoa học đã nghiên cứu trên nhiều góc độ để cải thiện thiết kế pin và các yếu tố công nghệ liên quan của xe điện trong vài năm qua, cung cấp các giải pháp sáng tạo để giải quyết một số thách thức chính trong ngành.

Các công nghệ của NAWA đã thiết kế một điện cực ống nano carbon siêu nhanh mang tính cách mạng giúp tăng đáng kể năng lượng pin, lưu trữ năng lượng và vòng đời. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers đã tập trung vào việc kết hợp pin làm thành phần cấu trúc để có thể giảm trọng lượng của xe điện.

Đại học Texas đã khám phá loại pin không chứa coban, giúp khắc phục các vấn đề khan hiếm tài nguyên của kim loại quan trọng này. Các nhà nghiên cứu ở Phần Lan đã phát triển pin anode silicon. IBM đang hợp tác với Mercedes-Benz để phát triển pin bằng vật liệu chiết xuất từ nước biển.

Pin thể rắn, kẽm-không khí và cát hiện đang được nghiên cứu để có thể mang lại những cải tiến về độ an toàn, hiệu suất và tính bền vững so với pin lithium-ion hiện tại trên thị trường.

Cụ thể, Pin thể rắn và nhẹ hơn, tức là chúng cũng sẽ chiếm ít không gian và trọng lượng trong xe hơn. Loại pin này cũng có mật độ năng lượng cao hơn, nghĩa là chúng có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn trong cùng một không gian nhất định.

Có nhiều loại pin thể rắn khác nhau được phân loại tùy vào việc sử dụng các vật liệu như thế nào để làm cực dương, cực âm và chất điện phân rắn hữu cơ hay vô cơ,… Các thành phần như Oxit, Phốt-phát, sulfur, polyether, gốc nitrile, polyester, polyurethane,… là những chất đang được nghiên cứu và lựa chọn để sử dụng trong tương lai.

Tương lai của thị trường pin xe điện

Thị trường EV đang trải qua một cuộc cách mạng lớn khi đang cố gắng đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng và các cam kết về lượng khí thải carbon bằng không của ngành giao thông vận tải. Nhiều nhà sản xuất ô tô hiện đang giới thiệu các mẫu xe nội địa và thương mại để đáp ứng những nhu cầu này.

Mặc dù một số thách thức vẫn còn tồn tại nhưng tương lai của ngành công nghiệp xe điện đang ngày càng khả quan. Giờ đây, công nghệ pin không còn là nỗi lo của người dùng nữa mà ngược lại, chính là chìa khóa để mở ra tiềm năng to lớn của xe điện, tiệm cận hơn tới mục tiêu loại bỏ hoàn toàn việc bán các loại xe động cơ đốt trong (ICE) mới trong những thập kỷ tới.

Bài viết liên quan:

TH (phapluatxahoi.kinhtedothi.vn)