Từ lâu, Toyota Motor, công ty sản xuất ô tô lớn nhất thế giới đã được coi là người đi đầu trong lĩnh vực sản xuất pin thể rắn, loại pin có mức ổn định và sạc nhanh hơn so với pin lithium-ion mà các hãng sản xuất ô tô hiện nay đang sử dụng. Toyota cũng có kế hoạch công bố một mẫu thử nghiệm ô tô chạy bằng pin thể rắn vào cuối năm nay.
Volkswagen của Đức cũng chú trọng đầu tư vào QuantumScape, một công ty của Mỹ sản xuất pin thể rắn, được Bill Gates hậu thuẫn và có vốn hóa thị trường khoảng 11 tỷ USD. Volkswagen và công ty này sẽ xây dựng dây chuyền thử nghiệm cho liên doanh sản xuất pin trong năm nay, để Volkswagen kịp ra mắt chiếc xe điện chạy bằng pin vào năm 2022.
Mô hình pin thể rắn.
Không ngoài vòng đua, Ford Motor cũng vừa "rót tiền" vào công ty pin thể rắn Solid Power. BMW cũng bắt tay với hãng sản xuất ô tô Mỹ, tài trợ 130 triệu USD, để thử nghiệm xe vào năm 2022.
Công ty sản xuất ô tô Trung Quốc Nio tiết lộ đầu năm 2021, chiếc sedan ra mắt năm sau sẽ sử dụng pin thể rắn và có thể đạt được hiệu suất 1.000km. Pin thể rắn cũng được hãng Hyundai Motor của Hàn Quốc hứa hẹn sẽ sử dụng trong xe điện sản xuất hàng loạt vào 10 năm tới.
"Chúng tôi nghĩ rằng bất kỳ công ty sản xuất ô tô nào hiện nay cũng đều quan tâm đến pin thể rắn. Công nghệ này đang trở thành xu hướng không thể bỏ qua trong tương lai", Christoph Neef, chuyên gia khoa học tại Viện Hệ thống Fraunhofer chia sẻ trên Nikkei Asia.
Cuộc chạy đua toàn cầu đang là một thách thức lớn đối với Nhật Bản. Trung Quốc và Hàn Quốc cũng đã nhanh chóng xóa bỏ vị trí thống trị của đất nước Mặt trời mọc trên thị trường pin lithium-ion. Để tránh lặp lại điều này, chính phủ Nhật Bản đang đi đầu trong việc thương mại hóa công nghệ pin thể rắn.
So với pin lithium-ion, pin thể rắn có hiệu suất năng lượng cao hơn, an toàn hơn, có thể làm giảm nguy cơ cháy nổ đáng kể, sạc nhanh hơn. Tuy nhiên, chi phí sản xuất lớn.
“Điện áp cao hơn sẽ làm tăng hiệu quả của xe", Kiyoshi Kanamura, Giáo sư tại Đại học Tokyo Metropolitan cho biết. Việc mong muốn giảm chi phí sản xuất, tăng hiệu suất, các hãng sản xuất ô tô đang khẳng định vai trò của pin thể rắn trong tương lai, giống như “động cơ và hộp số” trong quá khứ.
Tuy nhiên, Tesla, nhà sản xuất xe điện nổi tiếng thế giới lại đứng ngoài cuộc chiến này.
Cuộc đua pin thể rắn
Theo báo cáo của Văn phòng sáng chế Châu Âu và cơ quan năng lượng quốc tế, Toyota đã theo đuổi pin thể rắn trong hơn một thập kỷ, tạo ra số lượng đơn đăng ký bằng sáng chế lớn nhất cho pin thể từ năm 2014 đến năm 2018. Toyota dự kiến sẽ bán 8 triệu xe điện vào năm 2030, trong đó xe chạy bằng pin nhiên liệu và xe điện chiếm 1/4 sản lượng.
Tháng 4/2020, Toyota đã thành lập Prime Planet Energy & Solutions, liên doanh với Panasonic để phát triển các loại pin xe, trong đó tập trung chủ yếu vào pin thể rắn. Tuy nhiên, Toyota cho biết họ cũng đang phải đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là các rào cản về kỹ thuật.
Honda, dưới thời Giám đốc điều hành mới Toshihiro Mibe, cũng đang đẩy mạnh nghiên cứu về pin thể rắn. Nissan cũng đang tìm cách tung ra thị trường các loại xe được trang bị pin thế hệ mới này.
Một khó khăn trong việc chế tạo pin thể rắn là đảm bảo tiếp xúc giữa chất điện phân rắn và các điện cực dương và âm. Một số chuyên gia cho rằng, làm thủ công vẫn là cách hiệu quả nhất để tạo áp lực vừa đủ lên các vật liệu và đảm bảo chúng dính chặt vào nhau.
"Vấn đề lớn của pin thể rắn vẫn là khả năng sản xuất. Chưa công ty nào có thể mở rộng quy mô sản xuất, đáp ứng nhu cầu sản xuất ô tô, ít nhất là từ nay đến 2025", Abuelsamid cho biết.
Neef cũng bày tỏ sự nghi ngờ về sự phát triển và ổn định của công nghệ thể rắn trong tương lai. Ông hy vọng, pin thể rắn sẽ sớm được thương mại hóa, có thể là đến năm 2030.
Shimada của Libtec cũng nhận định, nhóm nghiên cứu pin thể rắn đã phát triển loại pin có mật độ năng lượng tương đương với các loại EV hiện có, sử dụng chất điện phân lỏng, có thể sạc đầy từ 0 đến 80% ở nhiệt độ 60 độ C trong 10 phút.
Ai sẽ là thống trị thị trường pin rắn trong tương lai?
Vai trò của Nhật Bản đang ngày càng giảm trên thị trường pin lithium-ion. Công ty nghiên cứu thị trường Nhật Bản Techno System Research cho biết, Trung Quốc và Hàn Quốc chiếm hơn 70% tổng lượng pin ô tô xuất xưởng vào năm 2020. Công ty Công nghệ Amperex (CALT) của Trung Quốc chiếm 26% thị phần và LG Chem kiểm soát 23%. Panasonic, công ty sản xuất pin cho Tesla là hãng sản xuất Nhật Bản duy nhất nằm trong top 7. Điều này trái ngược hoàn toàn với năm 2013 khi các công ty Nhật Bản chiếm hơn 50% thị trường.
Một trung tâm sản xuất pin thể rắn ở Nhật Bản
Shimada, người từng làm việc tại Panasonic, cho biết các nước đối thủ đang bắt kịp ngay cả trong lĩnh vực pin thể rắn. Nedo dự báo, Trung Quốc sẽ vượt qua Nhật Bản ở thị trường pin thể rắn trong tương lai. Bất chấp những nỗ lực của chính phủ, các chuyên gia đặt câu hỏi liệu Nhật Bản có thể trở thành trung tâm sản xuất pin thể rắn cho ô tô điện hay không.
Neef cho biết nhu cầu gia tăng sẽ thúc đẩy việc sản xuất pin quy mô lớn. Ví dụ ở châu Âu, CATL đang xây dựng một nhà máy ở Đức để phục vụ thị trường xe điện. Mặc dù ông tin rằng Nhật Bản “rất mạnh về nghiên cứu và phát triển pin", nhưng nhu cầu sử dụng xe điện thấp ở Nhật Bản có thể là một bất lợi cho Nhật Bản với mục tiêu trở thành một địa điểm lớn sản xuất pin thể rắn.
“Nhiều người cho rằng lời hứa tung ra 25% xe điện mới của Toyota dưới dạng EV và FCV vào năm 2030 là quá viển vông”, Seiji Sugiura, nhà phân tích cấp cao tại Viện nghiên cứu Tokai Tokyo cho biết.
Sugiura lý giải, các đối thủ của Toyota ở Bắc Mỹ và châu Âu đang gấp rút tung ra thị trường những mẫu xe điện mới. Nhưng chiến lược của Toyota không đi theo động thái như vậy, hãng xe dành thời gian tập trung vào phát triển và sản xuất hàng loạt pin thể rắn.