Bí mật về pin đằng sau mục tiêu bán 20 triệu ô tô Tesla/năm của Elon Musk

Tin tốt là bằng cách sử dụng các cục pin lớn hơn và một quy trình mới để làm khô các điện cực, Tesla có thể giảm một nửa chi phí của pin Model Y, tiết kiệm hơn 8% giá khởi điểm ô tô điện tại Mỹ, các chuyên gia pin có quan hệ với công ty cho biết. Tin xấu là nó mới chỉ đi được một nửa chặng đường, theo 12 chuyên gia thân cận với Tesla hoặc quen thuộc với công nghệ mới của Tesla.

Đó là vì kỹ thuật phủ khô được sử dụng để sản xuất các cục lớn hơn trong pin 4680 của Tesla quá mới và chưa được chứng minh, công ty đang gặp khó khăn trong việc mở rộng quy mô sản xuất đến mức tiết kiệm được chi phí lớn, các chuyên gia nói với Reuters.

Một trong những chuyên gia thân cận của Tesla cho biết: “Họ chưa sẵn sàng để sản xuất hàng loạt”.

Tuy nhiên, lợi ích mà Tesla đã đạt được trong việc cắt giảm chi phí sản xuất pin trong 2 năm qua có thể giúp tăng lợi nhuận và vươn lên dẫn đầu so với hầu hết đối thủ ô tô điện (EV).

Những cải tiến như hứa hẹn từ Elon Musk về chi phí pin và hiệu suất được các nhà đầu tư coi là rất quan trọng với nhiệm vụ của Tesla trong việc mở ra kỷ nguyên mà hãng có thể bán một chiếc ô tô điện trị giá 25.000 USD để thu lợi nhuận cũng như có cơ hội tốt hơn để đạt được mục tiêu năm 2030.

Hệ thống pin là yếu tố đơn lẻ đắt nhất trong hầu hết ô tô điện, vì vậy việc sản xuất các gói hiệu suất cao, chi phí thấp hơn là chìa khóa để sản xuất ra những chiếc ô tô điện giá cả phải chăng có thể sánh ngang với các ô tô động cơ đốt trong về giá cả.

Tesla là một trong số ít các hãng ô tô lớn sản xuất pin ô tô điện của riêng mình. Bằng cách sản xuất cục pin Model Y tại các nhà máy ở Mỹ, chiếc SUV sẽ vẫn đủ điều kiện nhận các khoản tín dụng thuế của Mỹ khi nhiều xe điện đối thủ có thể không còn đủ điều kiện.

Trong số 12 chuyên gia về pin mà Reuters đã nói chuyện, 9 người có quan hệ mật thiết với Tesla và 3 trong số đó đã kiểm tra công nghệ pin mới lẫn cũ của Tesla từ trong ra ngoài.

Tesla đã không trả lời khi được đề nghị bình luận về chuyện trên.

“Không nhanh như Elon Musk mong muốn”

Các nguồn tin dự đoán rằng Tesla sẽ khó thực hiện đầy đủ quy trình sản xuất sơn phủ khô pin mới trước cuối năm nay và có lẽ phải đến năm 2023.

Stan Whittingham, nhà đồng phát minh ra pin lithium-ion và là người đoạt giải Nobel năm 2019, tin rằng Giám đốc điều hành Tesla - Elon Musk đã quá lạc quan về khung thời gian thương mại hóa kỹ thuật mới này.

"Tôi nghĩ anh ấy sẽ giải quyết được nó, nhưng nó sẽ không nhanh như anh mong muốn. Sẽ mất một thời gian để kiểm tra nó thực sự", Stan Whittingham nói.

Vào tháng 8, Elon Musk nói với các cổ đông rằng Tesla sẽ sản xuất số lượng lớn pin 4680 vào cuối năm 2022.

Theo các chuyên gia, cho đến nay Tesla chỉ có thể cắt giảm chi phí pin của ô tô điện Model Y từ 2.000 đến 3.000 USD, bằng khoảng một nửa số tiền tiết kiệm được mà Tesla lên kế hoạch cho loại pin 4680 mà hãng đã công bố cách đây 2 năm. Thế nhưng, những khoản tiết kiệm đó chủ yếu đến từ thiết kế của cục pin 4680 mới, lớn hơn so với pin 2170 hiện tại của Tesla.

Thế nhưng, trung tâm của động lực để giảm chi phí là công nghệ sơn phủ khô, mà Elon Musk đã mô tả là mang tính cách mạng nhưng rất khó thực hiện. Theo các nguồn tin, nó sẽ mang lại một nửa trong số 5.500 USD tiết kiệm được mà Tesla hy vọng, bằng cách cắt giảm chi phí sản xuất và chi tiêu vốn một lần.

Tesla đã có được bí quyết này vào năm 2019 khi trả hơn 200 triệu USD cho Maxwell Technologies, công ty ở thành phố San Diego (Mỹ) sản xuất siêu tụ điện, dự trữ năng lượng cho các thiết bị cần phát điện nhanh, chẳng hạn đèn flash máy ảnh.

Dựa trên công nghệ của Maxwell Technologies, Tesla đã bắt đầu sản xuất pin khô 4680 trong năm nay, lần đầu tiên trong cuộc thử nghiệm gần nhà máy ở thành phố Fremont, bang California, Mỹ và gần đây là tại trụ sở toàn cầu mới ở thành phố Austin, bang Texas.

“Loại pin tốt nhất trong ngành”

Công nghệ này cho phép Tesla loại bỏ quy trình sơn ướt cũ hơn, phức tạp hơn và tốn kém hơn. Nó đắt vì cần một lượng đáng kể điện, máy móc, không gian nhà xưởng, thời gian và một lực lượng lao động lớn.

Để phủ các điện cực trong quy trình chế biến ướt, các nhà sản xuất pin trộn vật liệu với dung môi kết dính độc hại. Sau khi được phủ, các điện cực được làm khô trong các lò lớn, với các dung môi độc hại bay hơi trong quá trình này được thu hồi, xử lý và tái chế - tất cả đều làm tăng thêm chi phí.

Với công nghệ mới, các điện cực được phủ bằng các chất kết dính khác nhau mà ít sử dụng chất lỏng, vì vậy chúng không cần phải làm khô. Điều đó có nghĩa là nó rẻ hơn, nhanh hơn và cũng ít gây hại cho môi trường hơn.

Vì tính đơn giản của nó, quy trình này cho phép Tesla cắt giảm chi tiêu vốn xuống 1/3, cắt giảm cả diện tích nhà máy và mức tiêu thụ năng lượng của nó xuống còn 1/10 những gì cần thiết như chế biến ướt, Tesla cho biết.

Tuy nhiên, công ty đã gặp khó khăn trong việc thương mại hóa quy trình này.

Maxwell Technologies đã phát triển quy trình phủ sơn khô cho siêu tụ điện, nhưng thách thức với các điện cực phủ cho pin ô tô điện là chúng lớn hơn và dày hơn nhiều. Điều này khiến cho việc phủ chúng với chất lượng đồng nhất ở tốc độ sản xuất hàng loạt là rất khó.

"Họ có thể sản xuất với số lượng nhỏ, nhưng khi bắt đầu sản xuất số lượng lớn, Tesla gặp nhiều trở ngại", một trong những nguồn tin có quan hệ với Tesla nói với Reuters.

Nguồn tin cho biết năng suất sản xuất thấp đến mức tất cả các khoản tiết kiệm chi phí dự kiến ​​từ quy trình mới đã bị mất.

Theo các nguồn tin, nếu tất cả các hiệu quả tiềm năng từ lớp phủ sơn khô và các cục pin lớn hơn, chi phí sản xuất cho bộ pin 4680 của Model Y sẽ giảm xuống còn 5.000 USD đến 5.500 USD, gần bằng một nửa chi phí của bộ pin 2170.

Tuy nhiên, chi phí vật liệu và năng lượng tăng cao gây ra rủi ro cho những dự báo đó. Tesla vẫn chưa thể cải thiện đáng kể mật độ năng lượng của pin mới hoặc lượng năng lượng mà nó mang lại, như Elon Musk hứa.

Song bất chấp những yếu tố đó, mức tiết kiệm mà Tesla dự kiến ​​đạt được sẽ khiến pin 4680 trở thành "loại pin tốt nhất trong ngành" ở tương lai gần, một nguồn tin cho biết.

Các chuyên gia cho biết, phần lớn chi phí tiết kiệm được từ 2.000 đến 3.000 USD đạt được với pin 4680 cho đến nay là do các cải tiến khác và việc sử dụng các cục pin lớn hơn đã được chứng minh là đặc biệt hiệu quả.

Cục pin 4680 có kích thước gấp 5,5 lần so với pin 2170 theo thể tích. Các cục pin hình trụ cũ hơn có đường kính 21mm và chiều cao 70mm. Cục pin 4680 có đường kính 46mm và cao 80mm.

Với công nghệ cũ hơn, Tesla cần khoảng 4.400 cục pin để cung cấp năng lượng cho Model Y và có 17.600 điểm cần được hàn - 4 điểm trên mỗi cục - để tạo ra một bộ có thể tích hợp vào xe điện, các nguồn tin cho biết.

Bộ pin 4680 chỉ cần 830 cục và Tesla đã thay đổi thiết kế để chỉ có hai điểm hàn trên mỗi cục, cắt giảm điểm hàn xuống còn 1.660 và tiết kiệm chi phí đáng kể.

Thiết kế đơn giản hơn cũng đồng nghĩa có ít đầu nối và các thành phần khác hơn, cho phép Tesla tiết kiệm hơn nữa chi phí lao động và thời gian máy móc.

Một nguồn hiệu quả khác là vỏ ngoài cứng hơn rất nhiều của cục pin lớn hơn. Tesla hiện có thể liên kết các cục pin với nhau bằng chất kết dính thành một bộ cứng giống tổ ong, sau đó được kết nối trực tiếp với cấu trúc bên trong của Model Y.

Điều này giúp loại bỏ bước trung gian là gộp các cục pin thành các mô đun lớn hơn, sau đó được lắp vào bộ pin truyền thống.

Bằng cách chuyển sang thiết kế này, Tesla có thể giảm trọng lượng của bộ pin 1.200 pound (1 pound = 0.45359237 kg) truyền thống từ 55 pound trở lên - tiết kiệm khoảng 500 đến 600 USD cho mỗi bộ. Thế nhưng, thành thạo kỹ thuật phủ sơn khô vẫn là thứ đang được theo đuổi.

Một nguồn tin cho biết: “Việc tăng hiệu quả hoạt động của pin đã giúp ích rất nhiều trong việc tăng hiệu suất, nhưng việc tiết kiệm 50% chi phí cho toàn bộ pin lại là một vấn đề khác. Điều đó sẽ phụ thuộc vào việc Tesla có thể triển khai thành công quy trình phủ sơn khô trong nhà máy hay không".