Công nghệ cốt lõi cho việc di chuyển bằng xe điện
CHLB Đức – Pin là công nghệ quan trọng thúc đẩy cho việc di chuyển bằng xe điện. Đối với các nhà sản xuất CHLB Đức, điều này có nghĩa là một cuộc chiến khó khăn để bắt kịp về nghiên cứu và phát triển, nhưng cũng liên quan đến sản xuất – và cuộc đua hiện vẫn đang tiếp diễn.
Theo một nghiên cứu gần đây được thực hiện bởi công ty tư vấn “PwC Strategy”, trong tương lai gần, có thể khoản đầu tư lên tới 70 tỷ euro, tương đương 70% giá trị gia tăng do hệ thống truyền động điện tạo ra, sẽ được chi vào việc chế biến vật liệu pin, sản xuất pin, tế bào mô-đun, và lắp ráp hệ thống pin. Theo nghiên cứu, cơ hội cho thị trường xe điện phụ thuộc vào việc thiết lập một chuỗi cung ứng pin của EU.
Nghiên cứu được thực hiện bởi CLEPA, Hiệp hội các nhà cung cấp ô tô châu Âu, với mục đích tìm ra tác động của ba kịch bản chính sách ‘Thỏa thuận xanh’, giả định sẽ có đối với việc làm và tạo ra giá trị tại các nhà cung cấp ô tô. Nghiên cứu đã khám phá một cách tiếp cận công nghệ hỗn hợp, cách tiếp cận xe điện (EV – Electronic vehicle) thuần túy được đề xuất bởi gói “Fit for 55” và một kịch bản tăng cường xe điện EV triệt để. Thị phần giả định cho xe điện ở mỗi phương pháp trong ba cách tiếp cận lần lượt là 50, 80 và gần 100% vào năm 2030.
“Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp ô tô đã nhất trí về một chiến lược chung để đưa các phương tiện trung tính carbon trên đường. Trong khi điện khí hóa một mặt đe dọa việc làm trong sản xuất hệ thống truyền động, thì các kỹ năng khác sẽ cần thiết trong các lĩnh vực như phần mềm hoặc phát triển cơ sở hạ tầng, ông Felix Kuhnert, Đối tác và Lãnh đạo Ô tô Toàn cầu tại PwC CHLB Đức, cho biết: Cả việc tạo ra giá trị và việc làm trong lĩnh vực công nghệ truyền động đều phụ thuộc rất nhiều vào sản xuất pin ở châu Âu.
Làm thế nào để chúng tôi vứt bỏ pin khi không sử dụng chúng nữa?
Một khía cạnh mới nổi khác của xu hướng điện khí hóa ngày càng tăng là vấn đề làm thế nào để tái chế các loại pin lithium-ion đang được lưu hành. Trong một nghiên cứu sâu hơn, các nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Hệ thống và Đổi mới Fraunhofer đã xác định rằng sẽ cần khoảng 2,5 triệu tấn pin mới trên khắp các thị trường EU vào năm 2030. Mặt khác, lên đến 1,5 triệu tấn pin lithium-ion đã qua sử dụng và các thành phần pin sẽ cần được tái chế hàng năm vào năm 2040. Châu Á đang dẫn đầu về cả tái chế và sản xuất pin. Ví dụ, ở Trung Quốc, ngành công nghiệp tái chế pin đã lớn hơn nhiều so với ở châu Âu, có nghĩa là quốc gia này có kinh nghiệm thực tế với các quy trình và hệ thống cần thiết.
Tuy nhiên, Châu Âu vẫn có thể trở thành thị trường hàng đầu về tái chế pin xanh và hiệu quả cao. Với kinh nghiệm dày dặn trong việc phát triển các công nghệ tiên tiến, các ngành công nghiệp cơ khí và kỹ thuật nhà máy ở Đức và khắp Châu Âu có thể là chìa khóa để đạt được các mục tiêu chính trị, sinh thái và kinh tế này. Ông Christoph Neef, người đang tiến hành nghiên cứu về pin tại Fraunhofer, giải thích: “Tùy thuộc vào tốc độ tăng trưởng thị trường và thị phần toàn cầu về công suất tái chế của châu Âu, châu Âu sẽ cần công nghệ kỹ thuật hệ thống kêu gọi đầu tư vào khu vực 6,6 tỷ euro vào năm 2040” ISI và điều phối nghiên cứu.
Nếu một ngành công nghiệp tái chế ở châu Âu có thể được thành lập thành công, các chất tái chế mà nó sản xuất sẽ có khả năng bao phủ hơn 40% coban và hơn 15% lithium, niken và đồng cần thiết để sản xuất pin ở châu Âu vào năm 2040.
Tái sử dụng pin thay vì tái chế chúng
Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, pin lithium-ion không còn phù hợp để cung cấp năng lượng cho xe có thể được tái sử dụng làm pin tĩnh thay vì tái chế. Ví dụ, hãng Daimler đang kết nối các hệ thống lưu trữ quy mô lớn bao gồm các mô-đun pin EV với lưới điện công cộng thông qua công ty con Mercedes-Benz Energy và các đối tác Getec Energie và The Mobility House. Quay trở lại năm 2016, một nhà máy lưu trữ pin cũ 12,8 MWh đã được mở tại Lünen và một cơ sở lưu trữ phụ tùng 17,4 MWh hiện được đặt tại thành phố Hanover, CHLB Đức. Tại Elverlingsen, South Westphalia, tổng cộng 1.920 mô-đun pin đã được kết hợp để tạo thành một “kho phụ tùng sống” cho đội xe của thế hệ thứ ba của những chiếc xe thông minh chạy bằng điện. Với công suất lắp đặt khoảng 9 megawatt và công suất năng lượng 9,8 MWh, hệ thống lưu trữ năng lượng pin cung cấp cho thị trường năng lượng sức mạnh điều khiển chính, trong số các ứng dụng khác. Thiết kế mô-đun của nó cho phép hệ thống ổn định lưới điện với công suất điều khiển hoàn toàn tự động, không bị gián đoạn.
Công ty JT Energy Systems GmbH đã phát triển một dự án ấn tượng hơn nữa. Tại thị trấn Freiberg, bang Sachsen, liên doanh giữa nhà sản xuất xe tải công nghiệp Jungheinrich và chuyên gia pin Triathlon hiện đang xây dựng một hệ thống lưu trữ pin với công suất cực đại 25 MW. Dự án đang được thực hiện bởi các chuyên gia lưu trữ pin quy mô lớn tại công ty Tricera Energy GmbH có trụ sở tại địa phương và dự kiến hoàn thành vào mùa thu năm 2022. Cơ sở lưu trữ quy mô lớn bao gồm một phần các mô-đun pin lithium-ion đã qua sử dụng sau khi lắp đặt lần đầu của chúng trong xe nâng điện và xe điện.
Sản xuất pin tại các khu vực lân cận
Các nhà sản xuất ô tô từ lâu đã mở đường cho tương lai của các loại xe chạy bằng pin. Ví dụ, để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về pin, Tập đoàn Volkswagen đang có kế hoạch thành lập sáu nhà máy mới và việc sản xuất “pin tiêu chuẩn” cho phân khúc sản lượng lớn sẽ bắt đầu ở Salzgitter vào đầu năm 2025. Trong giai đoạn mở rộng đầu tiên, nhà máy dự kiến sẽ tạo ra 20 gigawatt giờ công suất hàng năm, với kế hoạch tăng gấp đôi lên 40 GWh vào một ngày sau đó. Ông Thomas Schmall, thành viên Hội đồng quản trị cho biết: “Chúng tôi mong muốn mang đến cho khách hàng những loại pin xe bền vững, hiệu suất cao với giá cả phải chăng về Công nghệ tại Volkswagen AG. Những nhiệm vụ mới này trong VW Group bao gồm xử lý nguyên liệu thô, phát triển tế bào tiêu chuẩn Volkswagen và quản lý kho Giga Factories ở châu Âu. Các mô hình kinh doanh mới để tái sử dụng pin đã loại bỏ, bao gồm tái chế nguyên liệu thô chứa chúng, cũng đang được xem xét.
VW đang tìm kiếm sự hỗ trợ từ Bosch để thiết lập các cơ sở sản xuất pin của mình. Hai công ty dự định cùng phát triển các cơ sở sản xuất pin tích hợp và cung cấp cho các nhà sản xuất hệ thống và tế bào pin sự hỗ trợ tại chỗ đối với các yêu cầu nâng cấp và bảo trì của họ. Dự án bắt đầu với việc thành lập một “nhà dự án” nhằm khám phá các cách thức công nghiệp hóa sản xuất pin ở châu Âu và các công việc chuẩn bị đang được tiến hành để thành lập một công ty cho mục đích này vào cuối năm 2022.
Hãng Mercedes-Benz phát triển pin thể rắn
Các nhà sản xuất ô tô khác đang đối mặt với các vấn đề này như thế nào? Mercedes-Benz và chuyên gia về pin của Mỹ, Công ty Factorial Energy đã đồng ý về sự hợp tác công nghệ với mục đích cùng phát triển các công nghệ pin tiên tiến, bắt đầu với các tế bào và sau đó mở rộng để bao gồm các mô-đun và sự tích hợp của chúng trong pin xe. Mercedes-Benz đang tìm cách kết hợp chuyên môn của mình về phát triển pin và tích hợp xe với bí quyết của Factorial trong lĩnh vực pin thể rắn. Công nghệ này sẽ được triển khai ban đầu với quy mô nhỏ trên một số lượng xe hạn chế trong vòng 5 năm tới.
Từ quan điểm ngày nay, pin thể rắn được coi là một trong những công nghệ hứa hẹn nhất trong lĩnh vực di động điện tử. Sự khác biệt quan trọng là họ sử dụng chất điện phân làm bằng vật liệu rắn thay vì chất lỏng tương đương trong sử dụng đại trà. Chất điện phân cần thiết để dẫn các ion qua lại giữa các điện cực khi sạc hoặc xả pin. Factorial Energy đã phát triển các loại pin thể rắn được cho là cung cấp phạm vi hoạt động cao hơn từ 20 đến 50% cho mỗi lần sạc cũng như độ an toàn cao hơn với chi phí tương tự như pin lithium-ion thông thường.
Hãng VW sử dụng bí quyết từ Apple
Hãng Volkswagen cũng đang tuyển dụng các chuyên gia để phát triển hơn nữa loại pin của riêng mình. Vì lý do này, VW đã thuê ông Soonho Ahn, người gần đây nhất chịu trách nhiệm nâng cao công nghệ tế bào pin của Apple làm Giám đốc Phát triển Pin Toàn cầu. Chuyên gia tế bào thể rắn ông Jörg Hoffmann cũng sẽ rời BMW để gia nhập VW tại Wolfsburg.
Theo “Manager Magazine”, ông Soonho Ahn được coi là siêu sao của lĩnh vực này. Ông chỉ gia nhập Apple vào năm 2019 từ các nhà sản xuất pin Samsung SDI và LG Energy Systems, nơi ông đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển công nghệ pin tại công ty có trụ sở tại California, Mỹ. Các chuyên gia dự đoán rằng việc Hàn Quốc bổ nhiệm làm CTO Bộ phận pin sẽ dẫn đến những cải tiến trong công nghệ tế bào trong ngắn hạn.
Ông Jörg Hoffmann chịu trách nhiệm phát triển các thế hệ pin trong tương lai. Người từng đứng đầu chương trình pin thể rắn tại BMW sẽ chịu trách nhiệm phát triển công nghệ pin pin thể rắn trong Tập đoàn VW. Tại “Ngày hội năng lượng” vào tháng 3, ông Frank Blome, người đứng đầu Center of Excellence for Battery Cells, đã mô tả pin thể rắn là mục tiêu của chiến lược.
Để xem các tin bài khác về “Pin”, hãy nhấn vào đây.
(Nguồn: IAA Transportation)
