5 công nghệ pin xe điện đáng kỳ vọng trong thập kỷ tới

Những tuyên bố “đột phá pin” xuất hiện dày đặc, nhưng chỉ ít công nghệ bước ra khỏi phòng thí nghiệm và lên xe điện. Trao đổi với Wired, các chuyên gia như Pranav Jaswani (IDTechEx) và Evelina Stoikou (BloombergNEF) cho rằng các cải tiến nhỏ, đúng chỗ có thể tạo khác biệt lớn, song việc hiện thực hóa thường mất nhiều năm do yêu cầu an toàn, kiểm chứng sản xuất và hiệu quả tài chính.

Lithium-ion vẫn là trục chính của kỷ nguyên EV

Các đột phá lớn hiện nay đều xoay quanh hệ pin lithium-ion. "Lithium-ion đã rất trưởng thành", Evelina Stoikou nhận định; quy mô đầu tư và chuỗi cung ứng hiện hữu khiến các hóa học khác khó bắt kịp trong thập kỷ tới. Dù vậy, chỉ một thay đổi thành phần hay quy trình cũng có thể cộng thêm khoảng 80 km phạm vi hoạt động hoặc cắt giảm chi phí sản xuất đủ để hạ giá xe, theo Pranav Jaswani.

5 bước tiến có thể tạo khác biệt trong thực tế

LFP: Cắt chi phí, giữ ổn định

Tại sao đáng chú ý: Pin lithium sắt phosphate (LFP) dùng sắt và photphat thay cho niken, coban đắt đỏ và khó khai thác. LFP ổn định hơn, suy hao chậm hơn sau nhiều chu kỳ.

Kết quả tiềm năng: Giảm giá thành bộ pin và giá xe – đặc biệt quan trọng khi xe điện đang phải cạnh tranh với xe xăng. LFP đã phổ biến ở Trung Quốc và được dự báo sẽ lan rộng tại châu Âu và Mỹ trong vài năm tới.

Thách thức: Mật độ năng lượng thấp hơn, phạm vi hoạt động trên mỗi bộ pin kém hơn so với các lựa chọn khác.

Niken cao trong NMC: Thêm tầm, bớt coban

Tại sao đáng chú ý: Tăng hàm lượng niken trong lithium niken mangan coban giúp tăng mật độ năng lượng, mở rộng phạm vi mà không tăng kích thước/trọng lượng. Đồng thời, có thể giảm coban – kim loại đắt đỏ và gây tranh cãi về đạo đức.

Thách thức: Độ ổn định giảm, rủi ro nứt vỡ hoặc cháy nổ cao hơn, đòi hỏi thiết kế và kiểm soát nhiệt khắt khe hơn, kéo theo chi phí tăng. Phù hợp hơn với xe điện cao cấp.

Quy trình điện cực khô: Tối giản dung môi, tăng hiệu suất sản xuất

Tại sao đáng chú ý: Thay vì trộn vật liệu với dung môi rồi sấy khô, công nghệ điện cực khô trộn bột khô trước khi phủ và cán. Ít dung môi giúp giảm rủi ro môi trường, sức khỏe và an toàn; loại bỏ bước sấy có thể rút ngắn thời gian, tăng hiệu suất và thu gọn mặt bằng sản xuất – từ đó giảm chi phí.

Trạng thái triển khai: Tesla đã áp dụng ở anode; LG và Samsung SGI đang thử nghiệm dây chuyền.

Thách thức: Xử lý bột khô phức tạp về kỹ thuật, cần tinh chỉnh để ổn định sản xuất hàng loạt.

Cell-to-Pack: Tận dụng thể tích, thêm khoảng 80 km

Tại sao đáng chú ý: Bỏ qua mô-đun, đặt cell trực tiếp vào cụm pin giúp nhét được nhiều cell hơn trong cùng không gian. Theo Pranav Jaswani, công nghệ này có thể cộng thêm khoảng 80 km phạm vi hoạt động và cải thiện tốc độ tối đa, đồng thời cắt chi phí sản xuất. Tesla, BYD và CATL đã và đang ứng dụng.

Thách thức: Kiểm soát bất ổn nhiệt và độ bền cấu trúc khó hơn khi không có mô-đun; thay thế cell lỗi trở nên phức tạp, thậm chí phải mở hoặc thay cả cụm.

Cực dương silicon: Năng lượng dày, sạc nhanh 6–10 phút

Tại sao đáng chú ý: Bổ sung silicon vào cực dương than chì giúp tăng dung lượng lưu trữ (tầm hoạt động xa hơn) và sạc nhanh hơn, có thể chỉ mất 6–10 phút để sạc đầy. Tesla đã pha một phần silicon; Mercedes-Benz và General Motors cho biết đang tiến gần sản xuất hàng loạt.

Thách thức: Silicon giãn nở/co lại theo chu kỳ, gây ứng suất cơ học và nứt vỡ, làm suy giảm dung lượng theo thời gian. Hiện dễ thấy ở pin nhỏ như điện thoại hoặc xe máy.

Công nghệ	Lợi ích chính	Thách thức	Trạng thái
LFP	Giảm chi phí, ổn định, suy hao chậm	Mật độ năng lượng thấp	Phổ biến ở Trung Quốc; dự kiến tăng tại EU/Mỹ
Niken cao (NMC)	Tăng mật độ, giảm coban	Ổn định kém hơn, chi phí kiểm soát nhiệt cao	Phù hợp xe cao cấp
Điện cực khô	Giảm dung môi, tăng hiệu suất, hạ chi phí	Thách thức kỹ thuật khi xử lý bột khô	Tesla (anode); LG, Samsung SGI thử nghiệm
Cell-to-Pack	Thêm ~80 km tầm, giảm chi phí	Kiểm soát nhiệt, sửa chữa khó	Tesla, BYD, CATL ứng dụng
Cực dương silicon	Tầm xa hơn, sạc nhanh 6–10 phút	Giãn nở gây nứt, suy giảm dung lượng	Đang tiến gần sản xuất hàng loạt

Những công nghệ hứa hẹn nhưng còn cách thị trường

Natri-ion: Dễ kiếm, rẻ, bền nhiệt

Tại sao đáng chú ý: Natri rẻ, dồi dào, dễ xử lý hơn lithium, giúp cắt chi phí chuỗi cung ứng. Pin natri-ion có vẻ ổn định hơn và hoạt động tốt ở nhiệt độ khắc nghiệt. CATL cho biết sẽ bắt đầu sản xuất hàng loạt vào năm tới và pin có thể chiếm tới 40% thị trường xe du lịch Trung Quốc.

Thách thức: Ion natri nặng hơn, mật độ năng lượng thấp hơn, hợp hơn cho lưu trữ tĩnh. Công nghệ còn ở giai đoạn đầu, ít nhà cung cấp và ít quy trình được kiểm chứng.

Pin thể rắn: Mật độ cao, an toàn hơn nhưng khó sản xuất

Tại sao đáng chú ý: Thay chất điện phân lỏng/gel bằng rắn, hứa hẹn mật độ cao hơn, sạc nhanh hơn, bền hơn, ít rủi ro rò rỉ. Toyota cho biết sẽ ra mắt xe dùng pin thể rắn vào 2027 hoặc 2028. BloombergNEF dự đoán đến 2035, pin thể rắn chiếm 10% sản lượng xe điện và lưu trữ.

Thách thức: Một số chất điện phân rắn kém ở nhiệt độ thấp; sản xuất đòi hỏi thiết bị mới, lớp điện phân không khuyết tật rất khó tạo; ngành chưa thống nhất lựa chọn chất điện phân, gây khó cho chuỗi cung ứng.

Ý tưởng đáng chú ý nhưng khó phổ cập

Sạc không dây: Tiện lợi tối đa, rào cản chi phí

Tại sao đáng chú ý: Đỗ xe và sạc không cần cắm dây, một số nhà sản xuất cho rằng sẽ sớm khả dụng; Porsche đang trình làng nguyên mẫu với kế hoạch tung ra phiên bản thương mại vào năm tới.

Thách thức: Theo Pranav Jaswani, bộ sạc có dây hiện hoạt động hiệu quả và rẻ hơn nhiều để lắp đặt. Sạc không dây có thể xuất hiện trong một số trường hợp ngách như xe buýt sạc theo tuyến khi dừng trên đế, nhưng khó trở thành lựa chọn phổ biến.

Kết luận: Kỳ vọng có cơ sở, nhưng tiến hóa cần thời gian

Các công nghệ pin hứa hẹn nhất hiện nay đa phần là tối ưu hóa trong hệ lithium-ion: LFP để hạ giá, niken cao để tăng mật độ, điện cực khô và Cell-to-Pack để giảm chi phí sản xuất, cực dương silicon để tăng tốc độ sạc. Trong khi đó, natri-ion và thể rắn có tiềm năng dài hạn nhưng còn nhiều rào cản sản xuất. Như các chuyên gia nhấn mạnh, ngay cả những thay đổi nhỏ cũng có thể mất tới 10 năm để xuất hiện trên xe điện – và chỉ những cải tiến vượt qua được tiêu chuẩn an toàn lẫn bài toán kinh tế mới có cơ hội ra thị trường.