Cấu hình hóa học của cực dương, cực âm và chất điện phân sẽ xác định mức độ năng lượng của pin. Các nhà hóa học và kỹ sư đã thử nghiệm với mangan, cobalt, magnesium, than chì và lưu huỳnh, cũng như sắt, niken và silicon. Họ cũng đã thử nghiệm chất điện phân ở cả thể lỏng và rắn. Đích đến của cuộc cạnh tranh hiện tại giữa các hãng là làm sao để cải thiện công suất pin xe điện trong khi giảm giá thành sản xuất.
Từ bỏ cobalt
Mấu chốt là kết hợp các vật liệu sao cho càng nhiều năng lượng càng tốt có thể được lưu trữ trong không gian nhỏ nhất có thể.
Theo truyền thống, cực âm của pin lithium-ion được làm bằng lithium cobalt oxide. Nhưng cobalt rất đắt và phần lớn được khai thác ở Cộng hòa Dân chủ Congo, nơi các thợ mỏ phải làm việc trong điều kiện vô nhân đạo.
Vì vậy, các nhà khoa học và các công ty từ lâu đã cố gắng giảm lượng cobalt được sử dụng trong pin của họ. CATL, người khổng lồ ngành pin của Trung Quốc, bắt đầu sản xuất hàng loạt mẫu pin kết hợp nikel-mangan-cobalt và nikel-cobalt-nhôm từ năm 2019. Chúng chỉ chứa từ 2-3% cobalt, giảm 90% so với các loại pin trước đó.
Tesla còn muốn đi xa hơn, khi tỷ phú Elon Musk muốn tự sản xuất pin không chứa cobalt và thay thế nguyên tố gây tranh cãi này bằng nikel. Tesla cũng muốn sử dụng loại pin có cực âm làm bằng lithium phosphate sắt.
Nhưng Tesla đang không phải là người tiên phong trong lĩnh vực này, BYD - nhà sản xuất ô tô có trụ sở tại Thâm Quyến - đã bắt đầu bán các mẫu xe được trang bị loại pin này từ tháng 7/2020.
Động lực chính của ngành công nghiệp
sản xuất xe điện là giảm giá thành sản xuất các bộ pin - hệ thống có thể
sạc lại để lưu trữ năng lượng - xuống dưới mốc 100 USD cho mỗi kWh. Khi
đạt được mốc này, giá thành sản xuất xe điện sẽ ngang bằng với một
chiếc xe động cơ đốt trong với cấu hình tương tự.
Hiện tại, chi
phí sản xuất pin vào khoảng 150-200 USD cho mỗi kWh tùy vào công nghệ sử
dụng, và chi phí cho mỗi bộ pin công suất 100 kWh sẽ tốn 20.000 USD.
Tuy nhiên, giá thành sản xuất pin đã giảm tới 80% kể từ năm 2008, theo
Bộ Năng lượng Mỹ.
Gần như tất cả ô tô điện đều sử dụng pin
lithium-ion, nhưng có rất nhiều tùy chỉnh cho công thức hóa học cơ bản
đó, và các hãng sản xuất pin đang cạnh tranh gay gắt để tìm ra một sự
kết hợp nào đó giúp tích trữ nhiều năng lượng nhất và có trọng lượng nhỏ
nhất.
Đối với các công ty xe hơi truyền thống, điều này nghe rất đáng sợ. Động cơ đốt trong đã không có những thay đổi cơ bản trong nhiều thập kỷ qua, nhưng công nghệ pin vẫn còn rộng mở.
Thậm chí ngành này còn được thúc đẩy bởi các nhân tố địa chính trị. Trung Quốc đang dồn các nguồn lực nghiên cứu pin và coi sự chuyển dịch sang năng lượng điện là cơ hội để các công ty của nước này thâm nhập thị trường Châu Âu, và một ngày nào đó là cả Mỹ. Trong vòng chưa đầy một thập kỷ, CATL đã trở thành một trong những nhà sản xuất pin lớn nhất thế giới.
Lợi thế của Tesla
Ngành công nghiệp xe điện và sản xuất pin xe điện là mặt trận quan trọng trong cuộc chiến cạnh tranh vị thế siêu cường giữa Mỹ và Trung Quốc. Bất chấp vai trò tiên phong của Tesla, Mỹ dường như đang tụt lại vào lúc này.
Cơ quan Năng lượng Quốc tế dự báo đến năm 2030, chỉ có khoảng 8% xe đăng ký mới ở Mỹ là xe điện, so với 28% ở Trung Quốc và 26% ở Châu Âu.
Trung Quốc trở thành thị trường xe điện lớn nhất thế giới trong những năm qua, và nước này cũng kiểm soát hơn 70% nguồn cung pin xe điện toàn cầu. Đất nước đông dân nhất thế giới đang có một vị thế hoàn hảo để thu lời từ xu thế điện hóa mạng lưới giao thông vận tải.
Nhưng có một thực tế là các nhà sản xuất xe điện khác vẫn đang cố để theo kịp Tesla. Công ty có trụ sở ở Palo Alto, California đã bán xe điện từ năm 2008 và họ có đủ dữ liệu để xác định việc sử dụng pin như thế nào cho hiệu quả mà vẫn bền bỉ.
Lợi thế này giúp xe của Tesla đi được quãng đường xa hơn xe của các hãng khác trên thị trường. Theo Tesla, nếu cải thiện hiệu suất động cơ từ 8-10%, chiếc xe sẽ đi được quãng đường dài hơn 15-18%.
"Ngành công nghiệp xe hơi truyền thống vẫn đang ở phía sau," ông Peter Carlsson, người điều hành mạng lưới nhà cung cấp cho Tesla trong thời gian đầu, nhận định. Ông Carlsson hiện là giám đốc điều hành của Northvolt, công ty Thụy Điển mới có hợp đồng sản xuất pin cho Volkswagen và BMW.
Nhưng ông Carlsson cũng cho biết hiện đang có những nguồn lực lớn tham gia vào cuộc đua để đánh bại Tesla. Theo ông, một số, nhưng không phải tất cả, các hãng xe lớn sẽ bắt kịp công ty của tỷ phú Elon Musk.
Vào lúc này cả ngành công nghiệp sẽ nhìn vào ID 3, chiếc xe thuần điện "dành cho mọi người" của Volkswagen để giải bài toán đó.
Với giá từ 30.000 đến 35.000 Euro, Volkswagen hy vọng sẽ bán được hàng triệu chiếc ID 3 thông qua mạng lưới phân phối sẵn có khắp Châu Âu. Hãng cũng có kế hoạch bán ID 4, một chiếc SUV thuần điện, tại thị trường Mỹ trong năm nay.
: