Công nghệ bị gạt bên lề bỗng được trọng dụng khi xe điện bùng nổ, toàn ngành liệu có thay đổi lớn?

21 năm trước, Bart Riley và những người đồng sáng lập đã đặt cược công ty non trẻ của họ là A123 Systems vào một loại pin không chứa niken và coban. Họ tin rằng công nghệ này sẽ mang lại một số lợi ích cho các nhà sản xuất trong lĩnh vực xe điện mới mẻ.

Riley nhớ lại khoảng thời gian công ty khởi nghiệp có trụ sở tại Massachusetts của họ đã chào bán loại pin đặc biệt này cho Tesla từ năm 2008 đến năm 2011. Ông kể rằng nhà sản xuất ô tô đã không muốn sử dụng loại pin này.

A123 Systems đã cố gắng bán pin cho dòng Chevrolet Bolt của hãng chế tạo ô tô General Motors (GM). Nhưng GM đã sử dụng pin của LG, loại pin dựa vào niken và coban.

Cuối cùng, A123 Systems không có lãi trong thương vụ này. Công ty đã đệ đơn phá sản vào năm 2012. Vụ phá sản đã khiến ứng viên tổng thống của Đảng Cộng hòa lúc bấy giờ là Mitt Romney phẫn nộ. Đây là một trong số khoản đầu tư năng lượng tái tạo thất bại mà những người bảo thủ đã chỉ trích Obama.

Trong khi công ty của Riley thua lỗ, loại pin mà Riley đặt cược lại đang ngày càng thắng lợi. Đó chính là lithium sắt phosphate, hay được gọi là LFP.

Nhu cầu đối với niken và coban đã tăng mạnh trong những năm gần đây. Các nhà sản xuất ô tô cũng đang áp dụng các chiến lược để chống lại thị trường đầy biến động. Tesla đã thay đổi quan điểm của mình. Tháng 4, nhà sản xuất ô tô cho biết gần một nửa số xe điện bán ra trong quý đầu tiên của năm 2022 sử dụng pin không có niken và coban.

Loại pin như Riley hình dung đang trở nên phổ biến khi các nhà sản xuất ô tô quan tâm đến việc tránh sử dụng niken và coban. Đây là những kim loại đang ngày càng hiếm và khó khai thác.

Riley vẫn dõi theo các công ty khác thu được lợi nhuận từ tiềm năng mà ông ấy nhìn thấy. Riley cho biết: "Thực sự rất khó để có thể giương mắt nhìn người khác tận dụng những gì mà chúng tôi đã phát hiện ra".

Tesla và các nhà sản xuất ô tô khác như BYD của Trung Quốc đã chuyển sang sử dụng pin LFP. Loại pin này được phát triển ở Mỹ vào thập niên 90 nhưng sau đó hầu như bị giới xe điện của Mỹ gạt sang một bên. Các chuyên gia cho rằng công nghệ này có thể mang lại lợi thế cho Tesla so với các đối thủ không sử dụng chúng.

Kim loại dùng cho pin đang trở nên cực kỳ thiết yếu đối với ngành công nghiệp ô tô giống như xăng dầu lâu nay. Pin chỉ đơn là là một thiết bị lưu trữ năng lượng hóa học để chuyển đổi thành năng lượng điện. Hóa học được sử dụng trong nhiều loại pin khác nhau và điều này có ảnh hưởng rất nhiều đến chi phí, độ an toàn, công suất và tuổi thọ của pin.

Hầu hết các loại xe điện ở Mỹ đều sử dụng pin lithium-ion, loại pin cần đến coban và niken. Trong khi lithium là một kim loại tương đối dồi dào, coban và niken lại đều khan hiếm, đắt đỏ và gây ra nhiều tranh cãi.

Pin niken cần đến một quá trình khai thác gây hại đến môi trường. Ngoài ra, thị trường niken gần đây cũng đầy biến động. Giá niken đã tăng vọt từ 29.000 USD/tấn lên khoảng 100.000 USD/tấn vào tháng 3. Việc khai thác coban ở châu Phi đôi khi còn liên quan đến lao động trẻ em và vấn đề an toàn lao động.

Mặc cho những yếu tố trên, nhu cầu đối với kim loại sản xuất pin như niken và coban được dự báo sẽ tăng 60-70% trong hai thập kỷ tới. Một số nhà sản xuất ô tô đang thực hiện các giao dịch cung cấp trực tiếp từ các thợ đào vì sự thiếu hụt sẽ phá hủy hoạt động kinh doanh của họ.

Thông thường pin lithium-ion có ba lớp. Cực âm chứa lithi trộn với niken và các kim loại khác như nhôm, coban, mangan. Cực dương làm bằng graphite và đôi khi là silicon. Phân cách hai cực là một lớp làm bằng polymer xốp. Ngoài ra còn có một chất điện phân lỏng, thường được làm từ muối lithium hòa tan trong dung môi.

Khi pin được sạc, các ion lithium được chuyển từ cực âm sang cực dương. Khi pin được phóng điện, các ion di chuyển trở lại cực âm, giải phóng năng lượng.

Trong khi đó, pin LFP mà Tesla đầu tư sử dụng sắt photphat, nguyên liệu rất dồi dào và rẻ, trong cực âm mà không cần dùng đến niken hoặc coban. Pin LFP xuất hiện vào năm 1997 từ phòng thí nghiệm của giáo sư John Goodenough của Đại học Texas, người sau này đã đoạt giải Nobel hóa học nhờ nghiên cứu về pin lithium-ion.

Ban đầu, pin LFP gây hứng thú và thu hút đầu tư từ các công ty khởi nghiệp như A123 Systems của Riley. Nhưng sau đó sự quan tâm đã nguội lạnh dần. Riley nói khi so sánh trực tiếp hai loại pin, vấn đề mật độ năng lượng thấp hơn của LFP luôn được chú ý. Do đó, A123 đã không thành công trong các thương vụ của họ.

Theo các chuyên gia ô tô tại Mỹ, các chủ sở hữu xe coi trọng phạm vi hoạt động của một chiếc xe. Những chiếc xe sử dụng pin LFP được sản xuất vào thập niên 90 và tụt hậu khá xa so với pin lithium-ion về lượng năng lượng mà chúng có thể chứa. Người lái xe điện dùng pin lithium-ion có thể đi được quãng đường xa hơn trong một lần sạc.

Do đó, công nghệ này bị phần lớn các nhà sản xuất ô tô né tránh. GM đã sử dụng pin LFP trong chiếc xe điện Chevrolet Spark của mình, bắt đầu mở bán tại Mỹ vào năm 2013 và kể từ đó đã ngừng sản xuất. Chevrolet Bolt ngày nay, dòng xe hiện đại hơn so với Chevrolet Spark, sử dụng pin bằng niken và coban.

Tuy nhiên, các nhà sản xuất xe điện Trung Quốc lại trung thành với LFP, một phần vì chúng đủ dùng đối với các loại xe đi đường ngắn. Nhiều chuyên gia về pin đã nhấn mạnh rằng công ty BYD của Trung Quốc đóng gói nhiều pin LFP hơn bằng cách loại bỏ bao bì.

BYD đã bán được 593.745 xe điện và xe hybrid vào năm 2021. Hãng được định giá gần 100 tỷ USD, trở thành nhà sản xuất ô tô giá trị thứ hai của Trung Quốc.

Theo công ty nghiên cứu ngành công nghiệp pin Benchmark Mineral Intelligence, Trung Quốc hiện thống trị thị trường LFP. Ngày nay, 44% xe điện bán ở Trung Quốc sử dụng pin LFP, trong khi đó ở châu Âu là 6% và ở Mỹ, Canada là 3%.

Theo các chuyên gia về pin, những tiến bộ trong công nghệ pin LFP đã mở rộng phạm vi hoạt động của chúng. Rodney Hooper, một chuyên gia tại RK Equity, người tư vấn cho khách hàng về pin và lithium nói với CNN Business: "Chúng tôi đã đánh giá thấp khả năng cải thiện của LFP. Nó đã đi một chặng đường dài".

Tesla hiện sử dụng pin LFP trong hầu hết các dòng xe tiêu chuẩn của mình. Model 3 phạm vi tiêu chuẩn được trang bị pin LFP có phạm vi hoạt động 430km, không thua kém nhiều so với phạm vi 450km của ID 4 từ nhà VW, loại xe sử dụng pin lithium-ion có chứa niken và coban.

Bên cạnh những lợi ích của việc tránh phải khai thác coban và niken phục vụ sản xuất, pin LFP còn có một số lợi thế. Loại pin này ổn định hơn và ít có nguy cơ cháy nổ hơn so với pin có niken và coban.

Pin LFP nói chung cũng có thể sạc nhiều lần hơn, giúp kéo dài tuổi thọ. Chúng có thể sạc thường xuyên đến 100%. Điều này vốn không được khuyến nghị cho ô tô có pin niken và coban vì sạc đầy nhiều lần có thể làm giảm tuổi thọ của pin.

Theo Jarod Kelly, người nghiên cứu tính bền vững tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, một trung tâm nghiên cứu về pin, các loại pin LFP có lượng phát thải khí nhà kính trên một đơn vị năng lượng ít hơn 20% so với pin niken và coban điển hình.

Nhưng nói đi cũng cần nói lại, pin LFP cũng có những hạn chế. Loại pin này hoạt động không tốt trong điều kiện khí hậu lạnh. Việc tái chế LFP không hiệu quả về mặt kinh tế so với tái chế pin sử dụng niken và coban.

Những người ủng hộ xe điện thường hứa hẹn về một "nền kinh tế xoay vòng", trong đó pin xe điện cũ được tái chế và biến thành pin mới, giúp thế giới phát triển bền vững hơn.

Nhưng theo các chuyên gia về pin, nếu xe điện chuyển sang sử dụng LFP, việc tái chế có thể sẽ ít khi xảy ra hơn. Các nhà tái chế thường tập trung vào niken và coban, bởi vì giá trị và sự khan hiếm của chúng hấp dẫn họ hơn so với sắt.

Ajay Kochhar, Giám đốc điều hành công ty tái chế pin Li-Cycle nói với CNN Business: "Việc tái chế là quan trọng, nhưng nó cũng phải có ý nghĩa về cơ sở lý luận". Nếu việc khai thác sắt mới vẫn rẻ hơn, thì sẽ có rất ít động lực để khai thác sắt từ pin đã qua sử dụng. Chính phủ hoặc người tiêu dùng có thể cần trả tiền để tái chế LFP.

Việc áp dụng pin LFP cũng có thể khiến các doanh nghiệp Mỹ phụ thuộc nhiều hơn vào các nhà cung cấp Trung Quốc, những nhà cung cấp chi phối sản xuất LFP. Drew Baglino, một giám đốc điều hành Tesla, cho biết mục tiêu của nhà sản xuất ô tô là nội địa hóa các bộ phận quan trọng của xe trên lục địa nơi xe được sản xuất.

Tuy nhiên, các nhà sản xuất ô tô ngoài Tesla đã bày tỏ sự quan tâm của họ đến công nghệ pin LFP. Rivian nói với CNN Business rằng họ nhận thấy "tiềm năng đáng kinh ngạc" của pin LFP. Năm ngoái, hãng xe điện lần đầu tiên tiết lộ rằng họ có kế hoạch sử dụng các pin LFP cho các loại xe tiêu chuẩn. VW cũng dự kiến ​​sẽ sử dụng pin LFP trong những chiếc xe nhỏ hơn của mình. Ford cho biết họ đang "xem xét" pin LFP.

Riley tiếp tục cố gắng thúc đẩy công nghệ pin phát triển. Ông đồng sáng lập một công ty khởi nghiệp khác có tên Conamix. Công ty đang cố gắng phát triển các cực âm của pin giá rẻ được làm bằng lưu huỳnh. Sự tập trung của Riley vào pin giúp anh ấy bám sát thành công mà những người khác đang có với pin LFP.

Riley nói rằng đó là một cảm giác vui buồn lẫn lộn.

Theo CNN