Công nghệ sạc pin siêu nhanh sẽ định hình lại thị trường ô tô điện?

Sạc nhanh cụm pin của ô tô điện là một quy trình phức tạp hơn nhiều so với việc chỉ đơn giản là bơm đầy xăng vào bình. Nhìn chung, dù là sạc nhanh, như hệ thống Supercharger của Tesla, bạn cũng cần khoảng 20 phút. Nếu muốn nhiều người mua xe điện hơn, thì việc rút ngắn được thời gian sạc là thiết yếu. 

Và tin vui là các nhà nghiên cứu, các doanh nghiệp ô tô và các công ty sản xuất pin đang có những bước tiến rất nhanh hướng tới mục tiêu giảm thời gian sạc pin xuống còn khoảng 10 phút.

Nhưng để có thể sạc pin ô tô điện nhanh như tiếp nhiên liệu cho xe động cơ đốt trong – khoảng 5 phút – là chúng ta cần thêm rất nhiều thời gian.

Tại sao khó sạc nhanh cho xe điện? 

Có một số rào cản trong việc rút ngắn thời gian sạc pin ô tô điện. Để hiểu được vấn đề này, cần phân tích cách hoạt động cơ bản của cụm pin.

Pin lithium-ion bao gồm cực dương và cực âm, phần ngăn cách giữa hai điện cực, và chất điện phân lấp đầy không gian còn lại bên trong pin. Cực dương và cực âm đều có khả năng lưu giữ các lithium-ion. Năng lượng được lưu trữ và giải phóng khi các lithium-ion di chuyển giữa các điện cực qua chất điện phân.

Khi tốc độ sạc tăng gấp đôi, cùng một lượng ion và electron phải di chuyển trong thời gian còn một nửa. Nếu muốn sạc nhanh gấp 4 hoặc 6 lần, thì thời gian di chuyển của các ion và electron càng phải nhanh. Và việc đó có mặt trái.

Cực dương là nơi nhận các ion trong quá trình sạc; nó được làm bằng than chì tạo thành từ các lớp carbon mỏng. Mỗi cực dương bao gồm vài triệu lớp như vậy, với các khe ở giữa, giống hình ảnh các lá bài trong một bộ bài, và lithium-ion là các hạt bị đẩy vào giữa các lá bài.

Vấn đề là có thể xảy ra hiện tượng tắc nghẽn nếu lithium-ion di chuyển quá nhanh. Khi đó, các lithium có thể bị kẹt lại gần chất điện phân, nơi ngăn cách cực dương và cực âm. Ở đó, các ion tích điện trở thành nguyên tử trung hòa và tích tụ thành những cục kim loại nhỏ, không di chuyển xa hơn, trong khi năng lượng vẫn được nạp vào.

Năng lượng dư thừa có thể thay đổi ion thành nguyên tử trung hòa và ổn định, tạo thành lớp mạ lithium. Đó là khi các lithium thay vì ở dạng ion đã chuyển thành kim loại lithium. 

Trong một số trường hợp, lớp mạ lithium có thể gây ra hiện tượng đoản mạch và cháy pin. 

Việc đẩy các ion lithium di chuyển quá nhanh còn có thể tạo ma sát quá mức và gây quá nhiệt. 

Điều đó không có nghĩa là tất cả xe điện đều không thể sạc nhanh hơn, nhưng có nghĩa là ngay cả những xe có tốc độ sạc nhanh nhất cũng không thể bằng tiếp liệu cho xe động cơ đốt trong.

Mẫu Hyundai Ioniq 6 có thể sạc pin từ 10% lên 80%, đủ cho xe chạy khoảng 400km, trong 18 phút. Hãng Lucid Motors của Mỹ khẳng định rằng mẫu Air có thể sạc pin đủ để xe chạy thêm 320km trong 12 phút. Việc sạc pin đến 100% không được đề cập vì từ 80% lên 100% cần rất nhiều thời gian. 

Điểm mấu chốt để có thể rút ngắn thời gian sạc là phải làm sao để các ion linthium có thể di chuyển nhanh hơn mà không bị nghẽn. Mục tiêu hiện nay là thời gian sạc nhanh chỉ 10 phút.

Rút ngắn thời gian sạc nhanh sẽ giúp tăng doanh số xe điện

Sạc pin nhanh hơn và tiện hơn là yếu tố quan trọng thúc đẩy người tiêu dùng mua ô tô điện – những người tiêu dùng bình thường chứ không phải là những người thích đi tiên phong thử công nghệ mới. 

Theo công ty nghiên cứu JD Power, thời gian sạc nhanh trung bình hiện nay của ô tô điện là 31 phút, dựa trên khảo sát thực tế của người dùng. Mức này thực sự chưa đủ nhanh, chưa đủ làm hài lòng người dùng. 

Kết quả khảo sát tại Mỹ cho thấy dù cho mạng lưới trạm sạc được cải thiện và ô tô điện ngày càng hiện đại hơn, nhưng mức độ hài lòng của người dùng đã giảm trong hai năm qua, điều được cho là một phần do vấn đề sạc pin.

Vì sự phấn khích, những người tiên phong mua ô tô điện để trải nghiệm có thể không thấy thời gian sạc như vậy là vấn đề lớn. Nhưng người dùng bình thường khó chấp nhận việc phải dành ra trên dưới 30 phút sạc pin cho xe, thay vì chỉ mất 5 phút đổ xăng như trước đây.

Phát triển mạng lưới trạm sạc công cộng là việc cần làm, nếu muốn ô tô điện được sử dụng đại trà. Hiện tại, phần đông người dùng xe điện sống ở nhà đất, chủ yếu dùng trụ sạc lắp riêng. Tuy nhiên, đó không thể là giải pháp. Người dùng xe điện sống trong chung cư sẽ ngày càng nhiều, và nhóm này phụ thuộc vào trạm sạc công cộng. 

Những trạm sạc mạnh nhất hiện nay, trên lý thuyết, có thể sạc pin lên 80% chỉ trong khoảng 10 phút. Chính cụm pin ô tô điện không thể chịu được sạc nhanh, nhưng điều đó sẽ sớm thay đổi. 

Chao-Yang Wang, một nhà nghiên cứu pin tại Đại học bang Pennsylvania (Mỹ), đã phát triển loại pin có thể sạc từ 10% lên 80% trong chưa đến 10 phút. Công nghệ của ông sử dụng các lá nickel siêu mỏng để làm nóng pin trước lên 60 độ C trước khi sạc, ngăn hiện tượng tạo lớp mạ lithium và cho phép hạ nhiệt tốt hơn.

Ông cho biết loại pin này đã được nhiều nhà sản xuất ô tô thử nghiệm. Ông tin rằng công nghệ sạc siêu nhanh có thể giải quyết vấn đề đau đầu nhất hiện nay của ngành xe điện.

Mọi thứ đều có thể thay đổi

Nếu người dùng biết rằng họ có thể sạc pin cho xe trong thời gian đi vệ sinh ở trạm dừng nghỉ, thì sẽ cảm thấy yên tâm hơn khi đi đường dài. Bên cạnh đó, họ sẽ không còn đòi hỏi xe phải có phạm vi hoạt động 500km hoặc 600km sau mỗi lần sạc nữa. 

Việc này cũng giống như cứ hai ngày mỗi người cần uống 3-4 lít nước, nhưng chúng ta không cần mang theo những bình nước cỡ 3-4 lít, mà chỉ cần vài chai nhỏ, vì chúng ta có thể mua thêm nước ở bất cứ đâu, vào bất cứ lúc nào.

Công ty khởi nghiệp StoreDot của Israel đã phát triển loại pin có thể sạc từ 10% lên 80% trong 10 phút, sử dụng cực dương làm bằng silicon, thay vì than chì như thông thường. Mang tên 100in5, ý nói xe có thể chạy 100 dặm (160km) sau 5 phút sạc, công nghệ này sẽ được ứng dụng trên mẫu Polestar 5 dự kiến có mặt trên thị trường vào năm 2026.

Thời gian sạc 10 phút có thể trong tầm tay, nhưng rút ngắn xuống 5 phút như đổ xăng là một mục tiêu khó. Tuy nhiên, StoreDot khá lạc quan, với kế hoạch ra mắt thế hệ pin 100in4 ngay trong năm 2026, rồi đến pin 100in3 vào năm 2028, và pin 100in2 vào năm 2032.

Một điều quan trọng nữa là sạc nhanh không phải lựa chọn duy nhất của người dùng ô tô điện, dù đúng là nó tiện nhất. Trên thực tế, có thể sạc pin cho xe điện bằng ổ cắm bình thường ở bất cứ đâu, rẻ và đơn giản hơn nhiều các trạm sạc nhanh hay siêu nhanh. Bạn có thể lựa chọn sạc chậm – trên đường, tại văn phòng, trong bãi đỗ xe, ở trung tâm thương mại…

Song song với cải thiện công nghệ sạc nhanh, việc tăng độ phủ của các trạm sạc chậm cũng là một giải pháp, để người dùng ô tô điện có thể sạc pin cho xe ở bất kỳ bãi độ nào. Như vậy, việc thay đổi tư duy của người dùng cũng rất quan trọng, thay vì chỉ tập trung phát triển công nghệ. 

Tổng hợp