Ngoài phương pháp kết thúc đến kết thúc, pin thể rắn hoàn toàn đang trải qua một cuộc đặt cược lớn, với nhiều bên tham gia.
Pin thể rắn hoàn toàn đang nhận được sự đầu tư lớn “All in”. Nhiều bên đã tham gia vào cuộc chơi này.
Đầu tiên, hãy xem bốn thông tin bằng sáng chế gần đây, bao gồm của Huawei và CATL. Bằng sáng chế của Huawei có tên là “Vật liệu sulfide pha tạp và phương pháp chế tạo, pin lithium-ion”, vừa mới trải qua giai đoạn kiểm tra sơ bộ của Cục Sở hữu trí tuệ quốc gia vào ngày 5 tháng 11.
Ngoài đó, ba bằng sáng chế pin thể rắn mà Cục Sở hữu trí tuệ quốc gia công bố của CATL bao gồm “Điện phân thể rắn biến đổi và phương pháp chế tạo, pin thể rắn và thiết bị điện” và “Màng điện phân thể rắn và phương pháp chế tạo, pin thể rắn, thiết bị điện” và “Mô-đun pin thể rắn và phương pháp sản xuất của nó”.
Bằng sáng chế của CATL không cần bàn luận nhiều, còn thông tin về bằng sáng chế của Huawei mang ý nghĩa tín hiệu hơn là giá trị thực. Dù sao, không ai có thể xem nhẹ. Hơn nữa, một gã khổng lồ trong ngành pin là BYD cũng đã đăng ký bằng sáng chế sáng chế pin thể rắn hoàn toàn từ ngày 7 tháng 8.
Không chỉ là bằng sáng chế, công ty dẫn đầu ngành pin, CATL cũng có động thái mới gần đây. Theo thông tin từ truyền thông, CATL đã đưa vào một nguồn lực khổng lồ với hàng nghìn người để đặt cược vào pin thể rắn hoàn toàn. Trong chốc lát, có cảm giác như một cơn gió đang nổi lên.
Đặt cược cho tương lai
Tại hội nghị pin động lực tháng 9 vừa qua, Chủ tịch CATL, ông Trần Ngọc Quần đã tiết lộ rằng trình độ nghiên cứu phát triển ngành công nghiệp pin thể rắn vẫn chưa cao. Nghiên cứu của CATL chỉ đạt mức TRL (độ trưởng thành công nghệ) cấp 4, tức là giai đoạn định hình công nghệ. Công ty dự định nâng cấp lên TRL cấp 7-8 vào năm 2027, có khả năng thực hiện sản xuất quy mô nhỏ.
Ông Trần cũng cho biết, so với đối thủ cạnh tranh, nghiên cứu của CATL “tiến xa hơn một bước”, là “Second to none (không ai sánh kịp)”. Chúng ta không thể biết điều đó, nhưng không thể phủ nhận sự hy vọng và nhiệt huyết của ngành công nghiệp đối với pin thể rắn. Và giờ đây, Huawei cũng đã tham gia.
Lần này, phát minh bằng sáng chế của Huawei về vật liệu sulfide pha tạp cho lithium kim loại (dùng làm điện cực âm) có tính ổn định tốt hơn, có thể áp dụng như điện phân thể rắn sulfide trong pin lithium-ion, làm cho pin lithium-ion có tuổi thọ sử dụng lâu hơn.
Nền tảng của phát minh bằng sáng chế này nằm ở chỗ, khoảng cửa sổ ổn định điện hóa giữa vật liệu điện phân thể rắn sulfide và điện cực âm lithium kim loại tương đối hẹp, dẫn đến phản ứng phụ lớn trong quá trình sạc/xả tại “giao diện rắn-rắn”.
Mặc dù điện phân thể rắn sulfide hiện là một trong những dạng điện phân thể rắn có tiềm năng nhất và có độ dẫn ion cao ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, hiện tại vẫn không thể giải quyết vấn đề phản ứng phụ nghiêm trọng ở giao diện rắn-rắn này, đây cũng là thách thức trong ngành, hiện chưa có giải pháp tốt.
Huawei đã đề xuất một giải pháp có vẻ, nhưng liệu có hiệu quả hay không hiện vẫn chưa có tài liệu cụ thể. Nhưng điều này có nghĩa là Huawei đã bắt đầu tham gia vào cuộc chiến này.
CATL, công ty dẫn đầu trong lĩnh vực sulfid, cũng đang giành ưu tiên. Theo thông tin từ truyền thông, CATL gần đây đã bước vào giai đoạn sản xuất mẫu 20Ah, tức là đã tiến vào giai đoạn khám phá công nghệ sản xuất. Về đội ngũ, CATL đã mở rộng đội ngũ nghiên cứu phát triển pin thể rắn lên hơn 1.000 người.
Từ việc chỉ theo dõi đến quyết định đặt cược lớn, thời gian hoạch định của CATL cho pin thể rắn tương tự như Toyota, LG Energy Solution, Samsung SDI, có phần nhỉnh hơn BYD. Hiện tại, quy trình này rõ ràng đã tăng tốc.
Giữa năm ngoái, nhà khoa học trưởng của CATL, Ông Ngô Khải đã nói, “Nếu Toyota tuyên bố hôm nay có thể sản xuất hàng loạt pin thể rắn, tôi sẽ nghi ngờ điều đó, hiện tại không ai trong ngành có khả năng sản xuất hàng loạt pin thể rắn.” Còn về việc liệu có thể sản xuất hàng loạt vào năm 2027 không, tôi cũng khó mà nói chính xác.”
Nhưng vào tháng 3 năm nay, Ông Ngô đã chia sẻ tiến trình nghiên cứu phát triển pin thể rắn của CATL tại một diễn đàn. Nửa năm sau, Ông Trần lại tiết lộ “thời gian sản xuất hàng loạt quy mô nhỏ pin thể rắn vào năm 2027”.
Vào tháng 4, Ông Ngô tại hội nghị giao lưu công nghệ pin quốc tế một lần nữa nhấn mạnh rằng CATL đã xây dựng nền tảng xác thực hiệu suất pin thể rắn 10Ah và đã có sự tiến bộ trong vật liệu và quy trình cho pin thể rắn.
Trong khi hầu hết các công ty làm pin thể rắn không thể xây dựng các phòng thí nghiệm với hàng tỷ USD, CATL lại chịu chi hàng tỷ USD tài nguyên và nhân lực để đặt cược vào pin thể rắn, có thể nói là sự tự tin chưa từng có.
Tôi đã từng đề cập trong nhiều bài viết trước đây rằng, vấn đề của pin thể rắn không thể giải quyết nhanh chóng, có thể sẽ dừng lại sau khi pin thể rắn bán rắn đạt được sự cân bằng giữa công nghệ và chi phí.
Trên thực tế, theo quan điểm của tôi, chỉ có các mẫu xe cao cấp với thời gian hoạt động lâu dài hoặc eVTOL (máy bay cất hạ cánh thẳng đứng điện) mới có nhu cầu rõ rệt cho pin thể rắn.
Bởi vì eVTOL có yêu cầu cao hơn về mật độ năng lượng, công suất, tỷ lệ, độ an toàn, sạc nhanh và tuổi thọ. Hiện tại, năng lượng của pin sản xuất hàng loạt chưa thể đạt tới yêu cầu này. Do đó, pin thể rắn là nguồn năng lượng tốt hơn và eVTOL tương đối ít nhạy cảm với chi phí. Công ty Chứng khoán Trung Tín cũng đề cập đến eVTOL như một kịch bản quan trọng cho pin thể rắn.
Theo dữ liệu từ Liên minh đổi mới ngành công nghiệp pin động lực ô tô Trung Quốc, trong nửa đầu năm nay, lượng pin bán rắn trang bị đã đạt 2.2GWh, được xem là có quy mô khá.
Nhưng tại sao mọi người vẫn muốn đặt cược vào lúc này?
Một mặt, vì pin lithium hiện tại không hoàn hảo, tồn tại những lỗ hổng về an toàn. Mặt khác, kích thước và trọng lượng vẫn tương đối lớn, trong khi giải pháp pin thể rắn có vẻ hoàn hảo từ mọi mặt. Vấn đề là, liệu có thể đạt được mục tiêu “bên kia chiến thắng” không?
Tìm cách giải quyết
Ngành đầu tiên bắt đầu nghiên cứu pin thể rắn là Toyota. Toyota đã tuyên bố từ sớm rằng sẽ sản xuất hàng loạt pin thể rắn vào năm 2027. Năm 2024, mặc dù đã công bố thông tin về pin mới có khả năng sạc đầy trong 10 phút với quãng đường 1.200 km và thông báo sẽ bắt đầu sản xuất hàng loạt vào năm 2026, nhưng theo một bài viết trên “Báo Toyota”, kế hoạch sản xuất thực tế lại được đặt vào “năm 2030 trở đi”. Nói cách khác, thời gian sản xuất đã bị lùi lại.
Tình hình trong nước còn kỳ diệu hơn, thỉnh thoảng lại có tin tức về việc pin thể rắn được trang bị trên xe, nhưng khi nghiên cứu kỹ thì đều là pin bán rắn, và những cái có chữ “toàn” đều là đánh tráo khái niệm. Nói một cách khác, tất cả chỉ là chiêu thức tiếp thị.
Tuy nhiên, trong năm nay, sự ra mắt của pin thể rắn thực sự đã tăng lên. Ví dụ, gần đây khi Chery phát hành pin Kunpeng, đã tuyên bố rõ ràng sẽ trang bị trên xe vào năm 2026, và thậm chí còn trình diễn pin thể rắn VCR vẫn có thể hoạt động sau khi cắt một góc.
CATL rất hiểu phân khúc của các loại pin, vì vậy thời gian biểu cho pin thể rắn của họ sẽ đáng tin cậy hơn và thực tế hơn.
Hiện tại, pin thể rắn chủ yếu có ba công nghệ: sulfide, oxide và polymer. Như đã đề cập ở trên, CATL đã chọn tuyến sulfide tương tự như Toyota. Ông Ngô Khải cũng cho biết tại diễn đàn công nghệ trước đây rằng, tuyến sulfide có giới hạn hiệu suất cao nhất và tiến trình sản xuất hàng loạt nhanh nhất.
Ngoài ra, còn có các công nghệ mới như halide, ví dụ như BYD đang tập trung vào việc phát triển pin thể rắn halide.
Nguyên nhân khiến CATL và Toyota chọn điện phân sulfide là do ionic conductivity của chúng gần với chất lỏng, và về mặt vật liệu có thể không bị “kìm nén”. Dĩ nhiên, sulfide hiện tại vẫn rất khó chế tạo và có giá thành cao, giá sulfide hiện tại đã vượt quá 500 USD/kg. Hơn nữa, điện phân sulfide dễ bị oxy hóa và phát sinh khí độc.
Nói một cách đơn giản, tất cả các công nghệ này đều có nhược điểm cơ bản tương ứng. Bao gồm vấn đề “giao diện rắn-rắn” đã đề cập trước đó, cũng như vấn đề “tinh thể lithium”.
Hơn nữa, quy trình sản xuất pin thể rắn không tương thích với quy trình sản xuất pin hiện tại, cần phải phát minh lại nhiều quy trình, tự nhiên là chi phí sản xuất sẽ cao hơn.
Tuy nhiên, từ buổi thuyết trình của Ông Ngô về “Nghiên cứu phát triển và công nghiệp hóa pin thể rắn cho ô tô”, CATL đã tìm ra hướng đi và cách thức để giải quyết những khó khăn này trong giai đoạn sản phẩm mẫu 10Ah.
Nói ngắn gọn, giải pháp pin thể rắn của CATL là làm cho hạt điện cực dương cao nickel từ đa tinh thể thành vật liệu đơn tinh thể và tiến hành bao phủ hai lớp: lớp bao phủ oxit vô cơ đầu tiên, nhằm ức chế phản ứng ở giao diện, và lớp điện phân rắn thứ hai, nhằm nâng cao khuếch tán ion tại giao diện.
Mục đích là để cải thiện tính ổn định cấu trúc. Giao diện tiếp xúc giữa điện cực dương, điện cực âm và điện phân thể rắn dựa vào chất kết dính đa chức năng tự phát triển để xây dựng mạng điện dẫn ổn định và hiệu quả, tức là tăng cường độ dẫn điện.
Bên điện cực âm sử dụng lithium kim loại hoặc hợp kim, áp dụng lớp bao phủ hydrophobic với điện phân sulfide, và trước khi niêm phong pin, sẽ loại bỏ lớp hydrophobic nhằm nâng cao tính ổn định trong không khí.
Ngoài ra, hiện tại CATL có thể đạt được khả năng lưu trữ điện cực dương (chỉ số quyết định mật độ năng lượng của pin) lên tới 230mAh/g, và nâng cao tuổi thọ của điện cực hợp chất lên 6000 lần. Tuy nhiên, từ dữ liệu công bố cho thấy, biến động về dung lượng tương đối lớn.
Đối với vấn đề tinh thể lithium, CATL đã đề xuất một hướng đi mới, sử dụng vật liệu có khả năng linh hoạt thay đổi trạng thái thể tích để tự động lấp đầy những khe hở có thể hình thành tinh thể lithium (công nghệ tự lấp đầy biến đổi trạng thái), đồng thời thiết kế lớp giao diện có tính thân thiện với lithium để đạt được điện cực âm lithium kim loại hiệu suất cao.
Theo cách hiểu của tôi, điều này có nghĩa là sử dụng “thể xốp” có độ mềm dẻo cao và độ dẫn điện tốt để ức chế sự phát triển của tinh thể lithium.
Hơn nữa, điện phân sulfide sau khi bao phủ lớp hydrophobic vẫn ổn định trong môi trường có điểm sương -40℃ (chỉ số đo độ khô của môi trường), với độ dẫn điện duy trì khoảng 60%. Khi quy mô hóa, chi phí của điện phân cũng hy vọng giảm mạnh.
Ngoài việc cải thiện vật liệu, CATL cũng đã đột phá trong công nghệ sản xuất điện cực khô, chuyển giao điện phân siêu mỏng, và định hình một thể tích đồng nhất. Chỉ có điều, vẫn còn một khoảng cách lớn để sản xuất hàng loạt, CATL vẫn cần giải quyết nhiều vấn đề kỹ thuật.
Hiện nay, không chỉ các doanh nghiệp đang gia nhập vào nghiên cứu phát triển pin thể rắn, mà chính quyền cũng đang chú ý. Trước đó, một sự kiện đã gây xôn xao là 60 triệu nhân dân tệ đã được cấp cho nghiên cứu phát triển pin thể rắn trong ngành công nghiệp. Dĩ nhiên, trong số đó, một phần tiền cần phải đạt tiến bộ trong dự án nghiên cứu phát triển của công ty mới có thể được giải ngân, “không thấy thỏ không phát súng” mà. Mục tiêu ở trên là đạt được sản xuất hàng loạt quy mô nhỏ pin thể rắn vào năm 2027.
Được lãnh đạo hỗ trợ và sự ủng hộ từ quần chúng, công nghiệp hóa pin thể rắn cũng đang đạt được những tiến bộ mới. Tuy nhiên, hiện tại vẫn chủ yếu là pin bán rắn.
Vậy ai sẽ chính là người quyết định sự thăng trầm của pin thể rắn hoàn toàn đây? Mỗi khi có thông tin mới ra, tôi lại suy nghĩ về câu hỏi này.