“Công nghệ hybrid chỉ là một bước chuyển tiếp, trong khi điện thuần túy mới là mục tiêu cuối cùng.” Đây là quan điểm chính phổ biến trong ngành khi thị trường năng lượng mới vừa bắt đầu. Dưới ảnh hưởng của quan điểm này, các hãng xe truyền thống đã bắt đầu khám phá “chuyển từ dầu sang điện”, trong khi các hãng mới đã trực tiếp gia nhập thị trường điện thuần túy để giành lợi thế.
Mặc dù số lượng mẫu xe điện thuần túy ngày càng tăng, nhưng vấn đề khó khăn trong việc sạc điện và nỗi lo về quãng đường vẫn khiến nhiều người tiêu dùng lo lắng. Thêm vào đó, việc giảm trợ cấp cho năng lượng mới và sức cạnh tranh suy giảm đã khiến ngày càng nhiều người tiêu dùng chuyển sự chú ý sang các mẫu xe hybrid, như các thương hiệu Zero Run, Nezha, Avita cũng đã cho ra mắt các phiên bản cắm thêm để hy vọng nhanh chóng thực hiện sự chuyển đổi toàn diện từ xe điện thuần túy sang hybrid.
Theo số liệu từ Hiệp hội Xe du lịch Trung Quốc, trong 7 tháng đầu năm nay, doanh số xe mới đạt 4,321 triệu chiếc, tăng 27,6% so với năm trước. Trong đó, doanh số xe điện thuần túy đạt 3,039 triệu chiếc, tăng 5,5%, doanh số PHEV (bao gồm cả xe cắm thêm) đạt 1,282 triệu chiếc, tăng 80,1%, cho thấy các mẫu xe hybrid đang trên đà tăng trưởng nhanh chóng.
Một câu chuyện tương tự cũng có thể sẽ diễn ra trong lĩnh vực pin thể rắn bán rắn.
Giống như sự chú ý từ việc coi thường đến coi trọng đối với các mẫu xe hybrid, pin bán rắn cũng đang có xu hướng trở thành “cục cưng” mới của thị trường. Tuy nhiên, hiện tại, sức ảnh hưởng của pin bán rắn vẫn chưa mạnh mẽ. Thứ nhất, nhiều mẫu xe trang bị pin bán rắn quảng cáo dưới dạng pin thể rắn, dễ gây khó chịu cho người tiêu dùng. Thứ hai, các mẫu xe đầu tiên trang bị pin bán rắn chưa có hiệu suất nổi bật, không tạo được cơn sốt thị trường.
Nguồn ảnh: Qingtao Energy
Pin bán rắn là hình thức trung gian chuyển đổi từ pin lỏng sang pin rắn, chính yếu được phân loại theo hình thức chất điện phân. Hiện tại, pin lithium chủ yếu sử dụng chất điện phân lỏng kết hợp với muối lithium; trong khi pin thể rắn không thêm bất kỳ chất điện phân nào, sử dụng chất điện phân rắn hoàn toàn. Pin bán rắn, hoặc pin gần rắn là pin có thêm một phần chất điện phân lỏng, là giải pháp “thỏa hiệp” trên con đường hướng tới pin thể rắn hoàn toàn.
Quá trình phát triển từ chất điện phân lỏng sang rắn là kết quả của việc ngành công nghiệp pin theo đuổi mật độ năng lượng cao và độ an toàn cao. Pin thể rắn được coi là giải pháp cuối cùng cho ngành công nghiệp pin, nhưng do khó khăn trong việc sản xuất hàng loạt, chúng vẫn chưa được đưa vào sử dụng. Trong bối cảnh như vậy, pin bán rắn có cơ hội tỏa sáng.
Việc sản xuất hàng loạt pin thể rắn gặp khó khăn, nhưng pin bán rắn lại được ưa chuộng.
“Pin thể rắn còn nhiều vấn đề cơ bản về khoa học và công nghệ chưa được giải quyết. Công ty chúng tôi đã nghiên cứu sâu trong hơn 10 năm, vẫn cho rằng rất khó để tạo ra sản phẩm có tính khả thi về kỹ thuật và sức cạnh tranh trên thị trường.” Chủ tịch CATL, Tseng Yu-Chung, đã phát biểu như vậy. Gần gũi với quan điểm của Tseng, người sáng lập Fisker, Henrik Fisker, cho biết: “Pin thể rắn là một công nghệ mà khi bạn nghĩ rằng bạn đã hoàn thành 90%, gần như đạt được mục tiêu, thì bạn nhận ra rằng 10% còn lại khó khăn hơn rất nhiều so với 90% trước đó.”
Một bên là ngành công nghiệp đang gặp khó khăn trong việc sản xuất hàng loạt, còn một bên nhiều hãng xe đã công bố thời gian biểu sản xuất hàng loạt pin thể rắn. Trong đó, Nissan là hãng chủ động nhất, dự kiến sẽ bắt đầu sản xuất thử nghiệm vào năm 2025 và sản xuất hàng loạt vào năm 2028; Toyota sẽ hợp tác với công ty năng lượng Nhật Bản Idemitsu Kosan, công bố sẽ bắt đầu sản xuất pin thể rắn từ năm 2027 đến 2028; Mercedes có mục tiêu sản xuất hàng loạt vào năm 2030; Volkswagen đang hợp tác với công ty pin PowerCo và nhà phát triển pin thể rắn QuantumScape để đưa công nghệ pin thể rắn vào sử dụng.
Nguồn ảnh: Qingtao Energy (vật liệu chuyên dụng cho pin thể rắn)
Hiện tại, các loại pin thể rắn phổ biến chủ yếu được chia thành ba loại: pin thể rắn polymer, oxit và sulfide, được phân loại dựa trên sự khác biệt về chất điện phân, mỗi loại có ưu và nhược điểm riêng.
Chất điện phân polymer thường được tạo thành từ polymer và muối lithium, thêm một lượng nhỏ chất độn trơ, về bản chất gần giống như chất điện phân lỏng hiện tại, có các ưu điểm như dễ chế tạo, tính năng cơ học tốt và độ linh hoạt cao, có thể tương thích với quy trình sản xuất chất điện phân lỏng hiện tại, công nghệ phát triển nhất. Tuy nhiên, độ dẫn điện ở nhiệt độ phòng của chất điện phân thể rắn polymer không cao, cần được gia nhiệt đến 60 độ mới có thể hoạt động bình thường, thêm vào đó tính ổn định cũng không tốt, không thể thích ứng với vật liệu cực dương có điện áp cao, và cũng có thể xảy ra hiện tượng cháy khi nhiệt độ cao; sự nâng cao về hiệu suất tổng thể của chất điện phân thể rắn polymer là hạn chế và tiềm năng không cao.
Chất điện phân oxit là hợp chất chứa lithium, oxy và các thành phần khác (có thể là phốt pho, titan, nhôm, lanthan, germani, kẽm, zirconi), có thể chia thành hai loại: dạng tinh thể và dạng phi tinh thể. Độ dẫn điện của chất điện phân oxit cao hơn chất điện phân polymer nhưng thấp hơn chất điện phân sulfide, đồng thời có sự ổn định cơ học và hóa học. Điểm yếu là khó cháy, chất điện phân oxit cần nhiệt độ trên 800 độ mới có thể tạo hình mật độ cao. Bên cạnh đó, còn có vấn đề tiếp xúc bề mặt cứng và độ giòn cao khó chế tạo.
Chất điện phân sulfide hiện là chất điện phân thể rắn lý tưởng nhất, so với pin lithium ion hiện có, ưu điểm của sulfide là mật độ năng lượng, có thể dễ dàng vượt qua gấp ba lần so với pin ba chiều. Nó được coi là có tiềm năng phát triển lớn nhất. Sulfide được nghiên cứu từ chất điện phân oxit rắn, trong đó nguyên tố lưu huỳnh thay thế nguyên tố oxy. Nó cũng được chia thành dạng tinh thể và phi tinh thể. Chất điện phân sulfide có độ dẫn điện cao nhất, nhưng tính ổn định nhiệt kém và dễ phản ứng với nước và oxy trong không khí tạo ra khí độc hydrogen sulfide, ngoài ra, sulfide cũng kém tương thích với vật liệu cực dương và có độ ổn định thấp đối với kim loại lithium, dễ xảy ra phản ứng và làm mất độ dẫn ion.
Các công ty như Toyota, LG, Panasonic đã chọn phát triển chất điện phân sulfide thể rắn có độ khó nghiên cứu cao nhất và tiềm năng thị trường lớn nhất. Một khi vượt qua, sẽ tạo ra rào cản công nghệ cao. Trong khi đó, hầu hết các nhà sản xuất pin trong nước đã chọn tuyến đường chất điện phân oxit, trong thực tế, nhiều người chơi đã kết hợp chất điện phân polymer và oxit để sản xuất hàng loạt ở dạng pin bán rắn.
Thị trường pin thể rắn có hình thái tương tự như trạng thái trong ngành lái xe thông minh, các công ty ô tô Nhật Bản trực tiếp tham gia vào pin thể rắn hoàn toàn như các công ty lái xe thông minh đang phát triển ở cấp độ L4, trong khi pin bán rắn có vẻ như chọn mô hình phát triển từng bước L2, phù hợp hơn với mô hình phát triển do thị trường nội địa điều khiển.
Từ lâu, vào năm 2021, Dongfeng Motor đã hợp tác với Ganfeng Lithium phát triển 50 chiếc ô tô sử dụng pin bán rắn Dongfeng Fengshen E70, làm mô hình thử nghiệm. Ngay sau đó, xe Lantu Zhi Guang cũng đã được đưa ra thị trường cuối năm 2022 và đáng chú ý là pin bán rắn trong Lantu Zhi Guang chỉ có mật độ năng lượng 170Wh/kg, không khác gì với pin lỏng truyền thống, do đó không cho thấy lợi thế của pin bán rắn.
Cho đến cuối năm 2023, Li Bin lái một chiếc Nio ET7 trang bị gói pin 150kWh, đã đi một quãng đường dài hơn một ngàn km, lợi thế của pin bán rắn mới bắt đầu lộ diện. Vào tháng 4 năm nay, Zhiji L6 chính thức ra mắt, chiếc này được trang bị pin bán rắn 133kWh (khoảng 10% chất điện phân lỏng), mật độ năng lượng của pin đạt 368Wh/kg, và trong điều kiện CLTC, quãng đường của Zhiji L6 vượt qua 1000 km.
Nguồn ảnh: Zhiji Auto
Sự xuất hiện của Zhiji L6 đã kích thích một cuộc thảo luận lớn trong ngành về tiêu chuẩn của pin thể rắn và pin bán rắn. Một mặt, Zhiji tuyên bố rằng L6 được trang bị pin thể rắn đã gây ra sự không hài lòng từ phía các đối thủ cạnh tranh, mặt khác, cũng cho thấy tiềm năng phát triển của pin thể rắn.
Sự ra mắt của các mẫu xe sử dụng pin bán rắn của các thương hiệu như Fengshen, Lantu, Nio, Zhiji có nghĩa là rằng các sản phẩm pin bán rắn của Ganfeng Lithium, Funeng Technology, Wei Lan New Energy và Qingtao Energy đang gần hoàn thiện. Theo thời gian, số lượng mẫu xe trang bị pin bán rắn sẽ ngày càng tăng.
Phát triển pin bán rắn là giải pháp tối ưu cho ngành năng lượng mới hiện nay.
Từ góc độ toàn cầu, các công ty lớn như Toyota, Nissan, Mercedes và LG đang trực tiếp đầu tư vào pin thể rắn như thể đang cố gắng bao vây sự phát triển của ngành năng lượng mới Trung Quốc, nhưng thực tế cho thấy hiệu quả không thật như mong đợi, yếu tố then chốt nhất là chi phí.
Ai cũng biết rằng ngành công nghiệp ô tô có yêu cầu rất cao về sản xuất quy mô lớn, và việc giảm giá sản xuất pin theo quy mô là con đường duy nhất để thúc đẩy sự phát triển của ngành năng lượng mới. Hiện tại, dự kiến pin thể rắn mà các nhà sản xuất nước ngoài phát triển sẽ bắt đầu sản xuất hàng loạt từ năm 2028 đến 2030, do nhu cầu của người tiêu dùng đối với xe điện không cao, các nhà sản xuất pin nước ngoài vẫn còn thời gian để tinh chỉnh sản phẩm pin thể rắn của họ.
Dữ liệu cho thấy, trong năm 2023, doanh số xe điện thuần túy tại Nhật Bản đạt 79,198 chiếc, tăng trưởng 2,5%. Trong khi đó, trong nửa đầu năm nay, số lượng đăng ký xe điện tại châu Âu đạt 950,000 chiếc, tăng trưởng 2%.
Ngoài thị trường Trung Quốc, mức độ công nhận của người tiêu dùng nước ngoài đối với xe điện không cao. Khi kết hợp tình trạng thị trường năng lượng mới với thời gian biểu sản xuất hàng loạt pin thể rắn, không khó để nhận thấy rằng việc bố trí các mẫu xe pin thể rắn của các nhà sản xuất như Toyota và Nissan phù hợp với nhịp độ phát triển năng lượng mới tại nước ngoài. Nếu họ giành được thế chủ động trong lĩnh vực pin thể rắn, chắc chắn sẽ gây ra một cú sốc nghiêm trọng đối với các thương hiệu năng lượng mới sản xuất trong nước.
Để phá vỡ tình trạng này, Trung Quốc bắt buộc phải tiên phong trong việc hiện thực hóa ứng dụng sản xuất hàng loạt pin bán rắn, một mặt có thể thông qua phương thức phát triển tiến bộ để giảm chi phí cho pin thể rắn, một mặt cũng có thể thu hẹp khoảng cách hiệu suất với các mẫu xe trang bị pin thể rắn hoàn toàn.
Lấy gói pin 150kWh do Wei Lan New Energy phát triển cho Nio làm ví dụ, gói pin này có mật độ năng lượng đạt 360Wh/kg, chu kỳ sống khoảng 600 lần, theo tính toán chỉ số đo thử nghiệm đầy pin là 1,044 km, toàn bộ chu kỳ sử dụng có thể đạt 600,000 km, dễ dàng đáp ứng nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng thông thường.
Nguồn ảnh: Nio
Nhưng chi phí rất cao của nó cũng khiến nhiều người nản lòng. Chủ tịch Nio, Qin Lihong, từng tiết lộ với giới truyền thông rằng chi phí của gói pin 150kWh tương đương với một chiếc Nio ET5, lên tới gần 300,000 nhân dân tệ. Do chi phí cao, gói pin này được áp dụng mô hình “chỉ cho thuê không bán”, được tích hợp vào hệ thống năng lượng và sẽ chính thức được mở cho các chủ sở hữu Nio sử dụng từ ngày 1 tháng 6 năm 2024.
Chi phí của gói pin 150kWh của Nio chắc chắn sẽ giảm dần khi quy mô sản xuất tăng lên. Quy trình chuyển từ phòng thí nghiệm sang sản xuất hàng loạt là việc mà công nghệ mới nào cũng phải trải qua. Các công ty nước ngoài như Toyota và Nissan đặt cược vào pin thể rắn hoàn toàn cũng cần phải trải qua quá trình giảm giá sản xuất hàng loạt. Khoảng thời gian này chính là cơ hội để các nhà sản xuất trong nước nhanh chóng phát triển.
Từ trạng thái phát triển của ngành pin, việc đưa ra một giải pháp hoàn hảo trong một thời điểm không thể đạt được, mà phải kết hợp với trạng thái của thị trường để không ngừng nâng cao năng lực sản xuất, cải thiện tính năng vật liệu, đồng thời tăng giá trị so với giá thành, chỉ có như vậy mới có thể đạt được các mục tiêu xa hơn.
Nguồn ảnh: Ảnh chụp màn hình trang web Wei Lan New Energy
Hiện tại, quy luật phát triển như vậy với xu hướng từ pin lỏng dần dần nâng cấp lên pin bán rắn sau đó phát triển thành pin thể rắn trong thị trường năng lượng mới của Trung Quốc là tương hỗ lẫn nhau. Hình thức sản xuất hàng loạt theo giai đoạn như vậy cũng rất thân thiện với các công ty mới như Qingtao Energy, Wei Lan New Energy, những công ty cần huy động vốn, vận hành và tồn tại. Thêm vào đó, pin bán rắn có mật độ năng lượng cao hơn và độ an toàn tốt hơn so với pin lỏng, điều này sẽ nâng cao trải nghiệm tiêu dùng.
Tổng thể mà nói, thị trường nội địa đã hình thành một hệ sinh thái có lợi cho nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ pin bán rắn. Trong bối cảnh vĩ mô như vậy, nắm bắt thời cơ để xây dựng lợi thế cạnh tranh là cơ hội tốt nhất để ngành công nghiệp năng lượng mới của Trung Quốc dẫn đầu một lần nữa trong thời đại pin thể rắn. Từ góc độ này, ngành nên dành nhiều không gian phát triển hơn cho pin bán rắn, để nhiều người tiêu dùng nhận biết rõ hơn về lợi thế của pin bán rắn, thúc đẩy sự phát triển lành mạnh của toàn bộ ngành.