Các hãng chạy đua phát triển pin ô tô điện rẻ hơn, giảm sự thống trị của Trung Quốc

Ô tô điện ngày nay chạy bằng pin lithium ion (chủ yếu được làm bằng lithium, coban, mangan và niken cao cấp), có giá tăng vọt. Các nhà sản xuất phương Tây đang phải vật lộn để bắt kịp các đối thủ châu Á của họ. Các hãng cho rằng sự tắc nghẽn về nguồn cung sẽ ảnh hưởng đến sản xuất ô tô vào khoảng giữa thập kỷ này.

Những chiếc ô tô điện của tương lai, đến sau năm 2025, có thể chuyển sang sử dụng pin natri-ion hoặc lithium-lưu huỳnh có thể rẻ hơn tới 2/3 so với pin lithium ion hiện nay. Thế nhưng, nếu điều này xảy ra thì chủ yếu dựa trên những đột phá tiềm năng trong lĩnh vực điện hóa của các công ty khởi nghiệp như Theion (Đức), Faradion (Anh) và Lyten (Mỹ).

Các hóa chất pin mới hơn có vấn đề cần khắc phục. Pin natri-ion chưa dự trữ đủ năng lượng, trong khi pin lithium-lưu huỳnh có xu hướng bị ăn mòn nhanh chóng và không tồn tại được lâu.

Tuy nhiên, hơn 12 công ty khởi nghiệp đã thu hút hàng triệu USD đầu tư, cũng như tài trợ của chính phủ, để phát triển các loại pin mới.

Hiện tại, Trung Quốc thống trị sản xuất pin, bao gồm cả khai thác và tinh chế nguyên liệu thô.

Benchmark Mineral Intelligence, công ty tư vấn có trụ sở tại Anh, ước tính Trung Quốc hiện có 75% công suất lọc coban trên thế giới và 59% công suất chế biến lithium.

James Quinn, Giám đốc điều hành công ty khởi nghiệp pin natri-ion Faradion (Anh), nói: “Chúng tôi vẫn phụ thuộc vào chuỗi cung ứng nguyên liệu từ Trung Quốc vào năm ngoái với giá 117 triệu USD. Nếu bạn nhìn vào các tác động địa chính trị toàn cầu của điều này, đó là một thách thức với an ninh năng lượng, an ninh kinh tế và an ninh quốc gia".

Faradion đã nhận hơn 1 triệu USD tài trợ của chính phủ từ Innovate UK trước khi được tập đoàn Reliance (Ấn Độ) mua vào năm ngoái với giá 117 triệu USD.

Innovate UK là cơ quan đổi mới của Vương quốc Anh, cung cấp tiền và hỗ trợ cho các tổ chức để tạo ra các sản phẩm và dịch vụ mới.

Các công ty sản xuất pin khổng lồ châu Á cũng đang nghiên cứu các chất hóa học mới. CATL (Trung Quốc) cho biết có kế hoạch bắt đầu sản xuất viên pin natri-ion vào năm 2023. LG Energy Solution (Hàn Quốc) đặt mục tiêu bắt đầu sản xuất viên pin lithium-lưu huỳnh vào năm 2025.

Bên trong pin

Yếu tố đắt nhất của pin ô tô điện là điện cực, chiếm tới một 1/3 giá thành của một viên pin.

Hầu hết các loại pin ô tô điện ngày nay sử dụng một trong hai loại điện cực: Niken-coban-mangan (NCM) hoặc lithium-sắt-phốt phát (LFP). Các điện cực NCM có khả năng tích trữ nhiều năng lượng hơn, nhưng sử dụng các vật liệu đắt tiền (niken, coban). Các điện cực LFP thường không chứa nhiều năng lượng nhưng an toàn hơn và có xu hướng ít tốn kém hơn vì chúng sử dụng vật liệu dồi dào hơn.

Chi phí của các vật liệu điện cực quan trọng như niken và coban đã tăng vọt trong hai năm qua.

Đó là lý do tại sao rất nhiều công ty đang hy vọng có thể thay thế các nguyên liệu rẻ hơn, dồi dào hơn như natri và lưu huỳnh, nếu các hạn chế kỹ thuật của chúng có thể được khắc phục.

Nhà tư vấn Prabhakar Patil, cựu Giám đốc LG Chem, nói: “Natri-ion chắc chắn có chỗ đứng, đặc biệt là với các phương tiện lưu trữ cố định và xe cấp thấp tại các thị trường nhạy cảm về chi phí như Trung Quốc, Ấn Độ, châu Phi, Nam Mỹ”.

Prabhakar Patilcho cho biết: “Chi phí giới thiệu cho pin lithium-lưu huỳnh có thể sẽ cao, dù nó có tiềm năng là chi phí thấp nhất, làm thiết bị điện tử tiêu dùng trở thành ứng dụng ban đầu”.

Công ty Amandarry (Mỹ) và AMTE Power (Anh) đang phát triển pin natri-ion sử dụng natri clorua (về cơ bản là muối ăn) làm thành phần điện cực chính. Họ không cần lithium, coban hoặc niken - ba thành phần pin đắt tiền nhất.

Jeff Pratt, Giám đốc điều hành UK Battery Industrialisation Centre, cho biết ông đang cố gắng điều chỉnh các viên pin của một công ty khởi nghiệp natri-ion vào lịch trình sản xuất dày đặc bởi nó "quan trọng về mặt chiến lược" với hy vọng Anh đi đầu trong việc phát triển các loại pin mới tốt hơn.

UK Battery Industrialisation Centre là nhà máy được chính phủ Anh tài trợ 130 triệu bảng Anh (153 triệu USD), cho các công ty khởi nghiệp thuê dây chuyền sản xuất để kiểm tra hóa chất pin.

Công ty Lyten và Conamix (Mỹ), Theion (Đức), Morrow (Na Uy) đang phát triển các điện cực lưu huỳnh-lithium vẫn cần lithium với số lượng nhỏ hơn, chứ không phải niken hoặc coban.

Bằng cách sử dụng các vật liệu điện cực phổ biến (lưu huỳnh được dùng rộng rãi trong phân bón, rẻ như muối), những công ty khởi nghiệp này tuyên bố chi phí pin có thể giảm tới 2/3, có khả năng làm cho ô tô điện giá phải chăng.

Các gói pin ô tô điện hiện tại thường có giá dao động từ 10.000 đến 12.000 USD.

Charlotte Hamilton, Giám đốc điều hành Conamix, cho biết: “Nếu có thể đạt được các mục tiêu mà chúng tôi đã xác định với một số nhà sản xuất ô tô lớn nhất thế giới, chúng tôi sẽ bắt đầu cuộc đua”.

Có mặt trên đường

Các hãng khởi nghiệp về pin cho biết đang nói chuyện với những nhà sản xuất ô tô lớn, một số trong số đó đang tích cực thử nghiệm các loại pin mới có thể sẽ được bán trên thị trường ô tô điện đại chúng trước cuối thập kỷ này. Các công ty ô tô đang muốn giữ các lựa chọn mở.

Linda Zhang, kỹ sư trưởng về chiếc xe bán tải chạy điện F150 Lightning của Ford, nói: “Theo thời gian, sẽ có thêm nhiều chất hóa học pin khác. Sẽ là ngớ ngẩn nếu không tận dụng những hóa chất đó".

Tại sự kiện Tesla Battery Day năm 2020, Giám đốc điều hành Elon Musk nói "phương pháp tiếp cận ba tầng" với pin lithium ion sử dụng các vật liệu khác nhau sẽ cần thiết để tạo ra những chiếc ô tô điện giá cả thực sự phải chăng chủ yếu là với các viên pin LFP làm bằng sắt, cũng như các ô tô điện lớn hơn, mạnh hơn và đắt tiền hơn bằng cách sử dụng viên pin NCM hoặc NCA dựa trên niken với vật liệu điện cực bằng coban hoặc nhôm.

Các nhà phát triển pin hy vọng có thể bổ sung pin natri-ion và lithium-lưu huỳnh vào phạm vi mở rộng cho ngành công nghiệp ô tô.

Duncan Williams, Giám đốc điều hành công ty tư vấn Nomura Greentech, nói những khám phá gần đây đang thu hẹp khoảng cách về các vấn đề như mật độ năng lượng và vòng đời của chu kỳ, "vì vậy chúng tôi hy vọng sẽ thấy cả hai lựa chọn thay thế này chiếm thị phần trong tương lai".

Công ty Amandarry (Mỹ) đang sản xuất các viên pin natri-ion tại nhà máy của mình ở thành phố Hải Ninh (Trung Quốc), nên chúng sẽ không đủ điều kiện nhận các ưu đãi theo Đạo luật Giảm lạm phát của Mỹ. Amandarry cho biết cũng sẽ xây dựng một nhà máy ở Bắc Mỹ.

Ứng dụng vận chuyển đầu tiên của Amandarry có thể sẽ là xe hai bánh chạy bằng điện.

Ngoài lợi thế về chi phí, pin của Amandarry có thể sạc rất nhanh, đến 80% trong 15 phút.

Kevin Brundish, Giám đốc điều hành AMTE Power, nói ban đầu công ty đang tung ra thị trường pin cho các hệ thống lưu trữ năng lượng tĩnh, chẳng hạn pin được sử dụng bởi các nhà khai thác lưới điện, nơi mật độ năng lượng ít quan trọng hơn.

Faradion cho biết pin của công ty cũng đã cạnh tranh với viên pin LFP và thành lập một liên doanh để lưu trữ năng lượng với tập đoàn kinh doanh nông nghiệp khổng lồ ICM Australia.

Với quy mô tương đối thấp, pin của Faradion sẽ rẻ hơn 1/3 so với pin LFP làm từ sắt.

James Quinn cho biết Faradion đã có các cuộc thảo luận với "hầu hết công ty ô tô lớn".

"Trong vòng ba đến năm năm tới, bạn sẽ thấy pin của chúng tôi trên đường", James Quinn chia sẻ.

Celina Mikolajczak, Giám đốc kỹ thuật pin tại hãng khởi nghiệp Lyten (Mỹ), nói lưu huỳnh

là "hóa chất của tương lai, tạo nên thị trường đại chúng cho pin".

Ulrich Ehmes, Giám đốc điều hành Theion, nói vấn đề với lưu huỳnh là nó có tính ăn mòn cao đến mức làm chết pin sau 30 lần sạc. Tuy nhiên, ông cho biết công ty có trụ sở tại Berlin được hỗ trợ bởi một số nhà đầu tư tư nhân và thiên thần, đã phát triển một cách để xử lý và phủ điện cực lithium-lưu huỳnh có thể kéo dài tuổi thọ ô tô điện.

Theion dự kiến ​​sẽ bắt đầu phân phối pin vào cuối năm nay để cung cấp năng lượng cho máy bơm trong các tên lửa thương mại trong quá trình phóng. Ulrich Ehmes nói công ty có kế hoạch bắt đầu gửi các viên pin thử nghiệm cho các nhà sản xuất ô tô vào năm 2024, với các đơn sản xuất ô tô điện đầu tiên dự kiến ​​vào khoảng 2027.

Theion tin rằng các điện cực lithium-lưu huỳnh có thể lưu trữ năng lượng gấp ba lần so với các viên pin NCM tiêu chuẩn, sạc cực nhanh và cắt giảm 2/3 chi phí pin, xuống còn khoảng 34 USD mỗi kilowatt-giờ.

Tony Harper, Giám đốc Faraday Battery Challenge - chương trình đầu tư vào phát triển các công nghệ pin mới của chính phủ Anh, nói ngành công nghiệp ô tô đang ngày càng lo lắng về nguồn cung cấp lithium, coban, mangan và niken, vì vậy các hóa chất mới là rất quan trọng.

Tony Harper nói: “Điều này sẽ khiến chúng tôi phải căng thẳng vì những gì chúng tôi nghĩ sẽ là một tình huống rất, rất khó khăn”.