Xe điện pin nhỏ - Tương lai ngành công nghiệp EV: Sạc nhanh hơn, rẻ hơn cả xe xăng truyền thống

Điều gì sẽ xảy ra nếu một chiếc ô tô điện có giá rẻ hơn, thời gian sạc ngang bằng thời gian đổ xăng và sử dụng thật ít nguyên liệu? Đây chính là tương lai mà các nhà sản xuất xe điện đang hướng tới, theo WSJ. 

Trong nhiều năm qua, khách hàng có nhu cầu mua xe điện đều có cùng chung một nỗi thắc mắc, chẳng hạn như ứng với mỗi lần sạc, xe đi được bao xa. Đa số đều cảm thấy “lo lắng về phạm vi hoạt động”, sợ rằng mình sẽ mắc kẹt trên đường nếu thiếu các trạm sạc. 

Theo các chuyên gia cùng ngành, những người đang nỗ lực điện khí hoá đội xe hơn 1,4 tỷ phương tiện trên khắp thế giới, xu hướng sản xuất xe điện với những bộ pin lớn là sai lầm. Thay vào đó, họ lập luận rằng đã đến lúc xem xét việc bán những chiếc xe có bộ pin nhỏ gọn hơn, phạm vi hoạt động ngắn hơn nhưng sạc nhanh hơn. Để đạt được mục tiêu này, ngành công nghiệp xe EV cần phải vượt qua nhiều thách thức, trong đó có việc phát triển công nghệ pin vốn còn đang non trẻ và tạo ra một mạng lưới rộng khắp các trạm sạc nhanh. 

Theo lý thuyết, một chiếc xe điện với khả năng sạc nhanh sẽ vô cùng tối ưu. Pin nhỏ gọn giúp chúng giảm giá thành đáng kể so với hiện tại và thậm chí, là rẻ hơn cả xe xăng truyền thống. 

Theo WSJ, các vấn đề xoay quanh chiếc pin EV là nguyên nhân chính khiến nhiều người tiêu dùng chần chừ. Tình trạng thiếu năng lực sản xuất cùng giá thành tăng cao của pin đã giảm nhanh chóng sau nhiều thập kỷ, song nay lại chững lại. Năm nay, chi phí đã vượt ngưỡng so với một năm trước đó. 

Ngoài ra, mở rộng phạm vi hoạt động cho xe điện đồng nghĩa với việc pin phải nặng hơn. Điều này không chỉ làm tăng thêm chi phí mà còn tăng thêm trọng lượng cho chiếc xe, từ đó làm chúng hoạt động kém hiệu quả. Việc chế tạo pin cũng đòi hỏi nhiều loại nguyên liệu thô thường xuyên thiếu hụt, đồng nghĩa với việc công suất có thể bị hạn chế trong khoảng thời gian dài.

Dự án Nghiên cứu Tiên tiến-Năng lượng (ARPA-E) là cơ quan thuộc chính phủ Mỹ, chuyên hỗ trợ vốn cho các công nghệ năng lượng đột phá. Nó tương tự Darpa, bộ phận nghiên cứu thuộc Bộ Quốc phòng trước đây đã rót vốn cho rất nhiều công cuộc nghiên cứu, từ GPS đến Internet.

Halle Cheeseman, người đã có 40 năm kinh nghiệm trong ngành công nghiệp pin thương mại, trong 2 năm qua đã phụ trách chương trình ARPA-E giúp hạ giá bán xe điện và giúp chúng dễ tiếp cận người tiêu dùng. Để minh hoạ tiềm năng của các phương tiện sạc nhanh, Tiến sĩ Cheeseman đã lấy một ví dụ đơn giản.

Thử tưởng tượng 2 chiếc xe điện di chuyển trên quãng đường từ Orlando đến Washington, D.C., khoảng cách khoảng hơn 1.300km. Một chiếc có phạm vi hoạt động 482km và có thể sạc đầy sau 1 giờ - khoảng thời gian tiêu chuẩn hiện nay. Chiếc xe còn lại có pin nhỏ bằng ½, với phạm vi hoạt động 241km và  có thể sạc đầy trong 15 phút. Sau khi cộng thêm cả thời gian lên xuống đường cao tốc, chiếc xe thứ hai, với tốc độ sạc nhanh gấp bốn lần đã đánh bại người anh em nặng hơn và đắt tiền hơn. 

Thực tế, người Mỹ thường sử dụng ô tô cho những chuyến đi ngắn thay vì đường dài, song vẫn có lý do khiến họ muốn có một chiếc EV sạc nhanh. Nguyên nhân là bởi hơn ⅓ trong số họ không có gara để lắp đặt bộ sạc tại nhà. Việc chờ đợi ngoài đường quá lâu để nạp đầy năng lượng theo đó trở thành một yếu điểm. 

Hiện tại, Porsche Taycan và Tesla Model Y được quảng cáo có thể rút ngắn thời gian sạc. Chiếc crossover SUV chạy điện Kia EV6 2023 có phạm vi hoạt động 500km cũng có thể sạc từ 10% lên 80% chỉ trong 18 phút nếu được kết nối với “bộ sạc cực nhanh DC”. 

Tuy nhiên, vấn đề ở chỗ những bộ sạc nhanh DC là rất hiếm ở hầu hết các khu vực.  Ngay cả khi tìm thấy 1 trạm sạc, thì vì một số lý do, chẳng hạn như nhiệt độ ngoài trời hay ắc tắc các phương tiện chờ đến lượt, sẽ khiến bạn không dễ tiếp năng lượng chút nào. 

Theo Steve Kosowski, người đứng đầu bộ phận lập kế hoạch và chiến lược dài hạn, Kia khá thất vọng về mạng lưới sạc xe của Mỹ. Chúng thường xuyên đối mặt với nhiều sự cố kỹ thuật, bao gồm dây cáp quá nóng và không đủ điện trong bộ sạc. 

Được biết Dự luật cơ sở hạ tầng được thông qua vào tháng 11/2021 đã dành 7,5 tỷ USD phục vụ mục tiêu xây dựng 500.000 trạm sạc trên khắp nước Mỹ, trong đó đặc biệt ưu tiên các trạm sạc nhanh. Tuy nhiên, những trạm sạc này cần rất nhiều chi phí xây dựng, thậm chí là nâng cấp cơ sở hạ tầng. 

Hiện Mỹ có gần 50.000 trạm sạc công cộng, song chỉ có khoảng 6.600 trạm sạc nhanh, trong đó, khoảng 1.600 trạm thuộc về Tesla, theo Bộ Năng lượng Mỹ. Dù các phương tiện không phải của Tesla hiện vẫn có thể sạc tại các trạm của hãng, song nhiều tài xế cho biết họ vẫn cảm thấy khá khó khăn do phích cắm không tương thích. 

Theo Tiến sĩ Cheeseman, giả sử Mỹ cuối cùng cũng xây dựng đủ các trạm sạc nhanh, việc liên tục giảm thời gian sạc xe xuống còn 15 phút là không thực tế với công nghệ pin ngày nay.

Để khắc phục tình trạng này, Tiến sĩ Cheeseman cho biết có thể thay thế than chì trong nguyên liệu chế tạo pin bằng silicon. Theo Eric Wachsman, Giám đốc Viện Sáng tạo Năng lượng Maryland tại Đại học Maryland, còn một cách tiếp cận tiềm năng khác là chuyển sang sử dụng pin “kim loại lithium”. 

Tuy nhiên, cũng có thể các kỹ sư và nhà sản xuất ô tô sẽ đưa chúng ta đến gần hơn với giấc mơ sạc nhanh mà không cần đến nhiều đột phá trong thiết kế pin. Tại Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho, các nhà khoa học đã phát hiện ra họ có thể sạc xe nhanh một cách an toàn bằng cách sử dụng phần mềm tinh vi tăng giảm dòng điện. Eric Dufek, một trong những nhà khoa học thực hiện nghiên cứu, cho biết sáng kiến này có thể giúp pin sạc nhanh gấp 1,5-2 lần bình thường. 

Được biết chính quyền Tổng thống Joe Biden đang lên kế hoạch thiết lập một mạng lưới 500.000 trạm sạc trên toàn quốc để nối các khu vực thành thị và nông thôn với đường bờ biển. Luật cơ sở hạ tầng được thông qua hồi năm ngoái đã dành ra 5 tỷ USD để hiện thực hóa tham vọng này.

Dọc theo các tuyến đường cao tốc giữa các tiểu bang và nhiều con đường chính khác, giới chức địa phương muốn cứ hơn 80km lại có 1 trạm sạc xe với ít nhất 4 cổng sạc. Các gói hỗ trợ của từng bang, dự kiến được phân bổ từ mùa thu này, sẽ tương đương với gói chi tiêu hàng năm cho đường cao tốc liên bang.

“Chúng tôi tin rằng điều quan trọng là chính phủ phải đầu tư vào những địa điểm mà các công ty tư nhân ít để ý tới trong một thời gian khá dài’’, Kyla Maki, một chuyên gia tài nguyên năng lượng của Sở Chất lượng Môi trường Montana nói. “Đường cao tốc Mỹ 2 dọc theo biên giới phía Bắc là tuyến đường ít xe qua lại song lại đóng vai trò vô cùng quan trọng với khách du lịch Canada. Khu vực này sẽ khó hút vốn đầu tư của bất kỳ công ty tư nhân nào trong vòng 5 năm, thậm chí có thể là 7 năm nữa”.

Trước đây, chính phủ liên bang đã thử nghiệm nhiều dự án sạc điện ở quy mô nhỏ song không thành công. Cựu Tổng thống Barack Obama đã coi EV như một phần của kế hoạch phục hồi kinh tế của mình sau cuộc Đại suy thoái, đồng thời chi 100 triệu USD vào năm 2009 cho Ecotality Inc. của San Francisco để triển khai các bộ sạc dân dụng, thương mại và công cộng tại 5 khu vực đô thị trên khắp đất nước. Các bộ sạc nhanh được cho là sẽ được lắp đặt dọc theo các con đường lớn, nhưng do có rất ít người mua xe điện vào thời điểm đó nên chính phủ đã thu hẹp đáng kể sáng kiến này. Ecotality sau đó nộp đơn phá sản vào năm 2013.

Trong những năm sau đó, Mỹ tụt hậu rất nhiều so với châu Âu và Trung Quốc trong việc xây dựng mạng lưới xe EV của mình. Theo Bloomberg NEF, tính đến cuối năm 2021, Mỹ lắp đặt được 112.900 bộ sạc công cộng trên khắp cả nước so với 442.000 ở châu Âu và 1,15 triệu ở Trung Quốc. Khoảng cách đó đang tăng lên, với chỉ 23.725 bộ sạc ở Mỹ được lắp đặt vào năm ngoái, so với 95.000 ở châu Âu và 337.100 ở Trung Quốc. Được biết Trung Quốc đang tham vọng thống lĩnh thị trường xe điện, trong khi các tài xế châu Âu cũng thích mua xe điện hơn vì không lo thiếu trạm sạc điện.

“Châu Âu đang cố gắng theo kịp thị trường và đáp ứng nhu cầu đã tồn tại. Trong khi đó, ở Mỹ, chính phủ lại đang cố gắng đáp ứng những nhu cầu chưa tồn tại’’, Ryan Fisher, nhà phân tích hàng đầu về tính phí xe điện của BNEF cho biết.

Theo: WSJ, Bloomberg