Phạm vi di chuyển hạn chế là một trong những điểm bị phê bình nhiều nhất đối với xe điện. Mặc dù quãng đường có thể di chuyển là khoảng với 300 dặm đang ngày càng trở nên phổ biến đối với những chiếc xe điện hiện tại, nhưng một số mẫu xe chạy bằng nhiên liệu hóa thạch có thể đi xa gấp đôi so với xe tăng. Điều gì sẽ xảy ra nếu chiếc Xe ô tô điện của bạn có thể đi được 900 dặm chỉ với một lần sạc? Công ty khởi nghiệp về pin của Đức Theion đang hứa hẹn công nghệ có thể mang lại khả năng này sớm nhất là vào năm 2024.
Chìa khóa cho công nghệ của Theion là lưu huỳnh. Trên thực tế, tên của công ty có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp cho loại khoáng chất màu vàng này. Theo Giám đốc điều hành, Tiến sĩ Ulrich Ehmes, nó có các đặc tính cần thiết để tạo ra một cuộc cách mạng trong pin hóa học, với những lợi ích đặc biệt trong tất cả các lĩnh vực quan trọng đối với xe điện. Người đồng sáng lập và CTO Marek Slavik đã làm việc trên công nghệ này trong suốt một thập kỷ, và Ehmes gần đây đã đến để biến nó thành hiện thực.
Như nhiều người không thích xe ô tô điện trên phương tiện truyền thông xã hội sẽ cho bạn biết, pin xe ô tô điện chứa đầy khoáng chất đất hiếm, khiến chúng đắt tiền và không phù hợp về mặt đạo đức để sản xuất, đặc biệt là khi tìm nguồn cung cấp coban từ Congo. Chiến lược của Theion là dựa trên công nghệ pin của mình là lấy nguồn từ các khoáng chất dồi dào hơn nhiều so với các khoáng chất được sử dụng trong các Pin Lithium-Ion hiện tại, nhưng có tiềm năng tương tự về mật độ năng lượng.
Lưu huỳnh là nguyên tố phong phú thứ 10 trên Trái đất và các nguồn địa phương thường có sẵn ở bất kỳ địa điểm nào được chọn trên thế giới. Ehmes cho biết: “Công nghệ pin hiện tại sử dụng niken, mangan và coban cho cực âm. Nó được gọi là NMC 811, vì nó có 80% niken, 10% coban, 10% mangan. Trong trường hợp của chúng tôi, chúng tôi thay thế NMC 811 này bằng lưu huỳnh. Vì vậy, chúng tôi không có niken, không có mangan, không có coban, và chúng tôi thay thế các nếp gấp tập thể hiện tại của đồng và nhôm bằng graphene để giúp không còn tồn tại nhôm và đồng trong thành phần pin của mình. Những thứ duy nhất chúng ta có trong thành phần pin là lá kim loại liti, lưu huỳnh và cacbon ”.
Để làm cho công nghệ này hoạt động, lưu huỳnh phải được nấu chảy để tạo thành tinh thể, nhưng đây chỉ là 112C (235F).
Vậy ưu điểm của sự chuyển dịch triệt để của Theion trong pin hóa học này là gì? Tất nhiên, bạn có thể có được một chiếc Xe ô tô điện đi được 900 dặm với công nghệ pin hiện tại. Vấn đề sẽ là công nghệ pin lưu huỳnh sẽ nặng đến mức nào và chúng cần bao nhiêu dung lượng. Xe ô tô điện hiện tại có thể chạy được từ 3 đến 5 dặm khi tiêu thụ một kWh, mặc dù mức tiêu thụ điện năng có thể nhiều hơn nếu bạn lái xe “liên tục không ngừng nghỉ” hoặc trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt. Trong thực tế thì khi được quãng đường 4 dặm thì Xe ô tô điện sẽ tiêu thụ một kWh. Theo công thức như vậy, bạn sẽ cần 225 kWh để đi 900 dặm. Pin Tesla Model 3 “2170” hiện tại có mật độ 260 Wh/kg, mặc dù công nghệ mới nhất có thể đạt 350 Wh/kg. Giả sử loại pin thứ hai, pin 225 kWh sẽ nặng 643 kg, nhưng với Tesla 2170 cell, nó sẽ là 865 kg. Với một chiếc Tesla Model 3 Long Range nặng khoảng 1.850 kg, bạn có thể hiểu tại sao không có chiếc Xe ô tô điện hiện tại nào cung cấp phạm vi di chuyển 900 dặm.
Trọng lượng của pin được tính từ “mật độ trọng trường” của các cell, nhưng cân nhắc khác là “mật độ thể tích” – dung lượng pin chiếm bao nhiêu phần trăm. Pin Tesla Model 3 2170 được cho là có mật độ thể tích 416 kWh/lít. Trong khi trọng lượng là quan trọng, bạn cũng cần phải lắp pin của mình vào một khoảng không gian hợp lý để có nhiều chỗ cho hành khách và hàng hóa. Hầu hết các thiết kế hiện tại đều đặt pin theo kiểu thiết kế “ván trượt” dưới sàn nhà để tối đa hóa không gian này, nhưng bạn vẫn thấy nhiều xe điện ngồi cao hơn mức tương đương của động cơ đốt trong để cung cấp độ dày sàn cần thiết.
Khi Tesla chuyển sang sử dụng pin LFP trong Model 3 tiêu chuẩn ở châu Âu, nó đã mất cả trọng lượng và mật độ thể tích do thiếu sót trong công nghệ này so với Lithium-Ion, nhưng hộp pin của Model 3 được thiết kế để phù hợp với pin lớn hơn của Long Range and Performance, vì vậy mô hình cơ sở này có thể chỉ chiếm nhiều không gian hộp pin hơn. Tesla dường như đã tăng kích thước pin để cung cấp phạm vi WLTP 305 dặm mới nhất trong khi hy sinh một số khả năng tăng tốc do trọng lượng thêm của LFP.
Ehmes tuyên bố công nghệ của Theion sẽ tăng triệt để cả mật độ trọng lượng và thể tích. Do đó, pin của nó chiếm ít trọng lượng và không gian cho cùng dung lượng, hoặc bạn có thể có nhiều năng lượng hơn cho cùng một trọng lượng.
Công nghệ Gen 1 hiện tại của Theion đã ở mức 500 Wh/kg và 800 Wh/lít – cao hơn nhiều so với 2170 tế bào của Tesla. Nhưng công nghệ Gen 2 hứa hẹn sẽ nâng con số này lên 700 Wh/kg và 1.000 Wh/lít vào năm 2023, tiếp theo là Gen 3 vào năm 2024 sẽ cung cấp 1.000 Wh/kg và 1.200 Wh/lít. Quay trở lại với chiếc xe của chúng tôi với phạm vi di chuyển 900 dặm, khối lượng pin của nó sẽ chỉ là 225kg. Điều này sẽ ít hơn khoảng 60kg so với pin hiện tại trong Tesla Model 3 Long Range, có xếp hạng WLTP 374 dặm và sẽ chiếm khoảng một phần ba không gian. Pin thế hệ thứ 4 của Theion, sẽ ra mắt vào năm 2025, sẽ có mật độ trọng trường thấp hơn một chút là 900 Wh/kg, nhưng mật độ trọng lượng cao hơn 1.500 Wh/lít – vì vậy nó sẽ chỉ chiếm hơn một phần tư không gian của Tesla Model 3 Long Range pin. Theion cũng hứa hẹn 2.000 chu kỳ sạc-xả cho công nghệ Gen 3 và 4, cao hơn 1,000-1,500 chu kỳ của các tế bào Lithium-Ion hiện tại.
Một khía cạnh quan trọng khác tất nhiên là giá cả và Theion cũng đang hứa hẹn mức giảm đáng kinh ngạc ở đây. Ehmes cho biết: “Mục tiêu về giá của chúng tôi là € 30 cho mỗi kilowatt giờ so với € 90 cho mỗi kilowatt giờ hiện nay”. Điều này là do vật liệu mà Theion sử dụng rẻ hơn, và tiêu thụ năng lượng cũng vậy. “Năng lượng sản xuất ít hơn 90%.” Với việc pin chiếm khoảng một phần ba chi phí Xe ô tô điện hiện tại, mức giảm này sẽ dễ dàng đẩy tổng giá ô tô xuống thấp hơn nhiều so với giá xe đốt trong. Gói 225 kWh hiện tại đó cho 900 dặm có thể có cùng mức giá với gói 75kWh cho 300 dặm ngày nay.
Thật không may, ban đầu Theion sẽ chưa cung cấp các công nghệ của mình cho ngành công nghiệp xe điện. Ehmes nói: “Chúng tôi hiện đang nói chuyện với ngành công nghiệp vũ trụ. Tiếp theo, chúng tôi sẽ chuyển giao phần thặng dư R&D cho taxi hàng không. Sau đó là các thiết bị di động như thiết bị cầm tay, máy tính xách tay, điện thoại di động và thiết bị đeo được.” Nhưng chắc chắn xe điện đang nằm trong lộ trình của Theion, và việc sản xuất đã được thiết kế để tăng quy mô lên đến số lượng yêu cầu của ô tô điện.
Giả sử công nghệ này mang lại hiệu quả như đã hứa, nó có thể loại bỏ một trong những rào cản cuối cùng đối với việc áp dụng xe điện. Một chiếc ô tô thành phố có phạm vi di chuyển là 300 dặm sẽ có pin chỉ nặng 75kg và chỉ chiếm 50 lít không gian thể tích. Trong khi đó, một pin Tesla Model 3 Long Range cung cấp phạm vi này tốn 180 lít thể tích. Nhưng nếu bạn trang bị cho một chiếc ô tô như Tesla với công nghệ của Theion, nó có thể dễ dàng đi được 900 dặm hoặc thậm chí hơn chỉ với một lần sạc với pin có cùng kích thước và trọng lượng như hiện tại.
Tất nhiên, pin 225 Kwh như thế này sẽ mất khoảng 30 giờ để bổ sung bộ sạc tại nhà 7.4kW, và có lẽ hơn một giờ để đạt 80% ngay cả trên bộ sạc nhanh DC công cộng nhanh nhất. Nhưng nếu bạn có thể đi 900 dặm trên một lần sạc, bạn có thể không bao giờ cần sử dụng bộ sạc công cộng.
Và cuối cùng, điều bạn cần nhớ là mặc dù cả xe điện và xe chạy bằng nhiên liệu đốt trong đều được phát minh vào cùng thời điểm (vào cuối thế kỷ 19), nhưng xe điện có thời gian phát triển ít hơn. Xe ô tô điện như chúng ta biết ngày nay chỉ thực sự tồn tại trong một thập kỷ hoặc lâu hơn một chút, trong khi động cơ đốt trong đã từng bước được cải thiện trong hơn 100 năm. Xe ô tô điện hiện nay đã hoạt động mượt mà hơn, chạy nhanh hơn và có giá thành rẻ hơn so với động cơ đốt trong. Qua đó, rõ ràng bạn có thể nhận thấy là sẽ không còn nhiều năm nữa trước khi công nghệ như của Theion được hoàn thiện thì xe điện có thể sẽ di chuyển được phạm vi xa hơn nữa giữa các lần dừng để tiếp nhiên liệu.
Nội dung và hình ảnh trong bài viết được DAKIA GROUP tham khảo từ: forbes.com
Nguồn bài viết tham khảo: Sulfur Battery Technology Could Make Electric Cars Go Three Times Further By 2024
