Công nghệ sạc nhanh là chìa khóa để phổ cập xe điện trong tương lai

Theo Doanh Nghiệp & Kinh Doanh, điều gì xảy ra khi xe điện có giá bán rẻ hơn, thời gian sạc rút ngắn và tốn ít nguyên liệu sản xuất hơn? Đây chính là tương lai mà một số chuyên gia trong ngành đang tập trung hướng đến, Wall Street Journal đưa tin.

Nhiều năm qua, người mua ô tô điện thường chỉ quan tâm tới những chiếc xe có thể đi được bao nhiêu km sau một lần sạc. Theo lý thuyết thì xe điện càng đi được xa hơn sau mỗi lần sạc đầy thì càng tốt, nếu không người dùng sẽ thấy lo lắng về việc hết điện giữa chừng.

Hiện tại, một số chuyên gia trong ngành cho rằng việc hướng tới những phương tiện có thể chạy được quãng đường dài hơn với bộ pin lớn là cách nghĩ sai lầm trong việc cố gắng để phổ cập phương tiện chạy điện trong đời sống hàng ngày.

Thay vào đó, theo các chuyên gia, đã đến lúc xem xét việc bán những chiếc xe sử dụng bộ pin nhỏ hơn, chạy quãng đường ngắn nhưng lại có khả năng sạc nhanh hơn.

Để có thể đạt mục tiêu này, cần phải vượt qua những trở ngại đáng kể, gồm cả việc phát triển công nghệ pin còn non trẻ và tạo được mạng lưới trạm sạc nhanh rộng và hơn. Tuy nhiên, lợi ích từ xe điện cỡ nhỏ sẽ là rất lớn.

Về lý thuyết, chiếc xe điện pin nhỏ có thể sạc nhanh sẽ tốt hơn so với những chiếc xe điện sạc chậm mà có bộ pin lớn. Đồng thời, những chiếc xe có khả năng sạc nhanh cũng có thể bán với giá rẻ hơn.

Pin đang là yếu tố lớn nhất khiến nhiều người không hứng thú với xe điện ở thời điểm này. Năm 2022, chi phí pin đã tăng mạnh so với năm 2021. Việc một chiếc xe điện trang bị bộ pin lớn cũng có nghĩa chi phí tổng thể sẽ cao hơn, tăng trọng lượng xe và hoạt động kém hiệu quả. Công suất chế tạo pin cũng nhiều hạn chế vì thiếu nguyên liệu.

Lợi ích của việc sạc nhanh

Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến - Năng lượng (ARPA-E) (thuộc Chính phủ Mỹ) chuyên phân bổ những khoản hỗ trợ cho các nhà nghiên cứu liên quan tới công nghệ năng lượng đột phá ở giai đoạn đầu. Bộ phận nghiên cứu của Bộ Quốc phòng Mỹ đã hỗ trợ tài trợ cho việc phát triển tất cả từ GPS đến internet.

Halle Cheeseman - Người đã có 40 năm kinh nghiệm trong ngành công nghiệp pin, hai năm qua ông đã đứng đầu chương trình ARPA-E để giúp giá ô tô điện hạ xuống và phổ cập rộng rãi phương tiện này. Để giải thích về tiềm năng của những chiếc xe điện cỡ nhỏ, Tiến sĩ Cheeseman đã xây dựng một mô hình đơn giản.

Hãy tưởng tượng trong bối cảnh có 2 chiếc xe cùng khởi hành từ Orlando tới Washington, D.C., với khoảng cách 860 dặm. Một chiếc có thể chạy quãng đường 300 dặm sau một lần sạc đầy trong 1 tiếng. Một chiếc khác có thể chạy 150 dặm sau một lần sạc đầy chỉ 15 phút.

Ngay cả khi cộng thêm về thời gian lên xuống đường cao tốc, chiếc xe chạy 150 dặm có tốc độ sạc nhanh gấp 4 lần chiếc còn lại, nên đã về đích sớm trước 20 phút.

Thực tế là, tài xế tại Mỹ sử dụng ô tô của họ để di chuyển hàng ngày trong thành phố hơn là đi đường dài. Tuy nhiên có nhiều lý do khiến họ muốn có công nghệ sạc nhanh.

Hơn 1/3 số họ không có gara ô tô tại nhà, đây là nơi mà các chủ sở hữu xe điện sạc pin cho phương tiện của mình mỗi ngày. Việc sở hữu một chiếc xe điện có thể sạc đầy pin trong thời gian nhanh tương tự việc đổ xăng sẽ rất hấp dẫn người tiêu dùng. 

Thực tế, một số mẫu xe điện hiện nay đã được trang bị sạc nhanh. Chằng hạn như KIA EV6 2023 với quãng đường tối đa 500km có thể sạc từ 10% lên 80% trong 18 phút nếu kết nối với “bộ sạc nhanh DC”.

Steve Kosowski - Giám đốc bộ phận lập kế hoạch và chiến lược dài hạn của KIA, cho biết KIA Motors America là nơi thu thập lượng lớn dữ liệu về tốc độ sạc, thấy rằng nhiều trường hợp xe của họ được sạc ở công suất định mức tối đa.

Nhưng cũng giống hầu hết các nhà sản xuất ô tô, KIA đã phải thất vọng về tình trạng mạng lưới trạm sạc tại Mỹ. Các bộ sạc nhanh tại đây thường có những sự cố kỹ thuật khiến chúng giảm tốc độ sạc cho xe. Một số vấn đề khác thường gặp là không đủ điện kết nối, dây cáp quá nóng.

Theo dự luật cơ sở hạ tầng được ký thành luật vào tháng 11/2021, sẽ có 7,5 tỷ USD được chi cho mục tiêu cuối là xây dựng 500.000 trạm sạc tại Mỹ thông qua quan hệ đối tác liên quan goies đầu tư công và tư. Chương trình này ưu tiên xây dựng bộ sạc nhanh, tuy nhiên các bang trước đó đã gặp khó về việc thực hiện chúng.

Mỹ hiện nay có khoảng 50.000 bộ sạc công cộng, nhưng chỉ có gần 6.600 bộ sạc nhanh và khoảng 1.600 bộ là của Tesla, theo Bộ Năng lượng Mỹ. Vẫn chưa rõ có bao nhiêu bộ sạc là sạc nhanh mà chính phủ Liên bang muốn chế tạo trong tương lai.

Bên cạnh đó, dù những phương tiện không phải của Tesla đã có thể sạc tại các trạm sạc nhanh của họ, nhưng tài xế thường không làm vậy vì nhiều lý do. Ví dụ như phích cắm không tương thích hoặc dây cáp quá ngắn.

Phải đột phá về pin

Theo Tiến sĩ Cheeseman, giả sử đã có đủ trạm sạc nhanh tại Mỹ, thì việc liên tục giảm thời gian sạc chỉ còn 15 phút là điều phi thực tế với công nghệ pin hiện nay.

Một số công nghệ cũng có tiềm năng sạc nhanh hơn nhiều. Tiến sĩ Cheeseman cho biết, điều hạn chế tốc độ sạc hiện nay là thành phần hóa học của cực dương - cực tích điện âm. Đa phần cực dương trong pin xe điện được làm từ than chì - vật liệu đang khan hiếm và đắt đỏ.

Để thay thế thì silicon là một cách tiềm năng để giúp sạc pin nhanh hơn. Cũng giống với bọt biển, cả hai vật liệu này đều hấp thụ các ion lithium khi pin đang sạc, tuy nhiên silicon sẽ hấp thụ gấp 10 lần, cũng có nghĩa là nó có thể hấp thụ nhanh hơn các ion.

Giám đốc Viện Sáng tạo Năng lượng Maryland tại Đại học Maryland - Eric Wachsman cho hay thêm một cách tiếp cận tiềm năng khác là việc chuyển sang dùng pin “kim loại lithium”. Nó có thể là một phần trong pin thể rắn không chứa chất lỏng giống hầu hết các loại pin khác.

Công nghệ pin thể rắn được tạo ra từ phòng thí nghiệm của Eric Wachsman và được tài trợ bằng khoản trợ cấp liên bang. Từ đó nó trở thành nền tảng của một công ty khởi nghiệp có trụ sở ở Maryland, Ion Storage.

Việc sạc pin quá nhanh thường khiến lithium bị "lọc ra" trên cực dương dưới dạng những tấn kim loại lithium, làm cho pin không hoạt động được. Theo tiến sĩ Wachsman, trong pin thể rắn, lithium là một kim loại và điện tích được di chuyển theo cách khác so với trong pin lỏng, tránh những vấn đề về lớp mạ.

Các nhà sản xuất ô tô và kỹ sư có thể giúp người tiêu dùng đến gần hơn với ước mơ sạc nhanh toàn cầu mà không cần quá nhiều đột phá trong thiết kế pin.

Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho đã phát hiện ra họ có thể sạc các phương tiện sử dụng điện hiện tại vừa nhanh lại vừa giữ được an toàn bằng việc sử dụng phần mềm để gia tăng và giảm lượng điện đưa vào ác quy của phương tiện.

Eric Dufek - Một nhà khoa học trong nhóm thực hiện nghiên cứu, cho biết kết quả của cuộc thí nghiệm này đã cho thấy pin có thể sạc với tốc độ nhanh gấp 1,5 lần tới gấp đôi so với tốc độ hiện tại.

Một số công ty thực tế đã làm việc trên những phương tiện nhẹ hơn có bộ pin nhỏ hơn. Chẳng hạn như xe điện ba bánh siêu nhẹ đến từ công ty khởi nghiệp Aptera hay nguyên mẫu chiếc EQXX của Mercedes.

Việc tiết kiệm nhiên liệu luôn là vấn đề quan trọng, ngay cả với ô tô điện. Tiến sĩ Cheeseman cho hay, với các cải tiến trong phương tiện sử dụng điện có thể kết hợp với bộ pin nhỏ hơn. Qua đó sẽ giúp cho xe điện có giá bán phải chăng hơn và nhiều người có thể dễ dàng sở hữu phương tiện này.