Pin lithium-ion đóng vai trò trung tâm trong thế giới công nghệ, cung cấp năng lượng cho mọi thứ từ điện thoại thông minh đến xe thông minh. Giờ đây, một trong những người đã giúp thương mại hóa chúng nói rằng ông có cách cắt giảm 90% chi phí sản xuất hàng loạt và cải thiện đáng kể sự an toàn của chúng.
Hideaki Horie, trước đây thuộc Nissan Motor, đã thành lập APB Corp có trụ sở tại Tokyo vào năm 2018 để sản xuất pin polymer (All-Polymer-Pin giống như tên của công ty). Đầu năm nay, công ty đã nhận được sự đầu tư từ một nhóm các công ty bao gồm Obayashi Corp, nhà sản xuất thiết bị công nghiệp Yokogawa Electric Corp và nhà sản xuất sợi carbon Teijin Ltd.
Horie nói trong một cuộc phỏng vấn: “Vấn đề với việc chế tạo pin lithium bây giờ là sản xuất thiết bị, giống như quá trình sản xuất chất bán dẫn. Mục tiêu của chúng tôi là làm cho nó giống như sản xuất thép hơn”.
Việc tạo ra một tế bào, đơn vị cơ bản trong mỗi pin, là một quá trình phức tạp đòi hỏi phải có điều kiện “phòng sạch”, với các khóa khí để kiểm soát độ ẩm, lọc không khí liên tục với độ chính xác cao để tránh nhiễm bẩn các vật liệu có khả năng phản ứng mạnh. Việc thiết lập phòng sạch có thể tốn kém đến mức chỉ một số ít công ty hàng đầu, như LG Chem Ltd của Hàn Quốc, CATL của Trung Quốc và Panasonic Corp của Nhật Bản Tập mới có thể chi hàng tỷ đô la để xây dựng một nhà máy phù hợp.
-
- Pin lithium-ion được sử dụng trong điện thoại của Nokia. (Ảnh: Wikipedia)
Sự đổi mới của Horie là thay thế các thành phần cơ bản của pin, các điện cực được lót bằng kim loại và chất điện phân lỏng bằng cấu trúc nhựa. Ông nói rằng cách tiếp cận này đơn giản hóa đáng kể và tăng tốc độ sản xuất pin, làm cho nó dễ dàng như “phết bơ lên bánh mì”.
Giải quyết được vấn đề an toàn nhưng công suất thấp hơn
Ông cho biết, thay đổi cho phép các tấm pin dài 10 mét được xếp chồng lên nhau “giống các lớp đệm ghế” để tăng công suất. Điều quan trọng, pin làm bằng nhựa cũng có khả năng chống bắt lửa khi bị thủng.
-
- Sự khác biệt giữa pin truyền thống và pin polymer. (Ảnh: Nissan)
Vào tháng 3, APB đã huy động được 8 tỷ Yên (74 triệu USD), một số tiền rất nhỏ so với tiêu chuẩn ngành công nghiệp này nhưng sẽ đủ để trang bị đầy đủ cho một nhà máy sản xuất hàng loạt dự kiến sẽ bắt đầu vào năm tới. Horie ước tính nhà máy của mình ở miền trung Nhật Bản đạt công suất 1 gigawatt giờ vào năm 2023.
Pin lithium-ion đã đi một chặng đường dài kể từ khi chúng lần đầu tiên được thương mại hóa gần ba thập kỷ trước. Hiện chúng có dung lượng lâu hơn, công suất cao hơn và chi phí sản xuất giảm 85% so với 10 năm trước, đóng vai trò là thúc đẩy sự phát triển của điện thoại thông minh và máy tính bảng với cấu hình càng lúc càng mạnh mẽ. Nhưng sự an toàn vẫn là một vấn đề và pin là nguyên nhân gây ra phần lớn các vụ hỏa hoạn, từ những chiếc xe của Tesla, cho đến máy bay phản lực Dreamliner của hãng Boeing và điện thoại thông minh của Samsung Electronics Co.
Ông Horie nói: “Từ góc độ vật lý, pin lithium-ion là loại máy sưởi tốt nhất mà loài người từng tạo ra”.
Trong loại pin truyền thống này, khi bị thủng và đoản mạch thì nó có thể tạo ra cường độ dòng điện đột biến lên đến hàng trăm ampe - gấp nhiều lần dòng điện được cung cấp cho một ngôi nhà trung bình. Nhiệt độ sau đó có thể bắn lên tới 700 độ C.
Pin APB tránh được các tai nạn thảm khốc như vậy do sử dụng một thiết kế lưỡng cực, loại bỏ các tắc nghẽn năng lượng và cho phép toàn bộ bề mặt của pin hấp thụ điện năng đột biến.
Mitalee Gupta, nhà phân tích cao cấp về lưu trữ năng lượng tại Wood Mackenzie cho biết: “Vì có nhiều sự cố, an toàn đã được đặt lên hàng đầu trong ngành này. Đây có thể là một bước đột phá cho cả ứng dụng lưu trữ và xe điện, nếu công ty có thể mở rộng quy mô đủ nhanh”.
Theo Menahem Anderman, chủ tịch của Total Battery Consulting Inc, nhưng công nghệ mới không phải là không có những thiếu sót của nó. Polyme không dẫn điện như kim loại và điều đó có thể ảnh hưởng đáng kể đến khả lưu trữ năng lượng pin.
Anderman cho biết ngoài ra, một nhược điểm của thiết kế lưỡng cực là các tấm được kết nối kề lưng vào nhau trong một chuỗi, gây khó khăn cho việc kiểm soát từng cái một. Ông cũng đặt câu hỏi liệu tiết kiệm chi phí có đủ để cạnh tranh với những pin lithium-ion hay không.
Anderman nói: “Chi phí không phải là thứ khiến pin lithium-ion ngừng tồn tại. Pin lithium-ion với chất điện phân lỏng sẽ vẫn là ứng dụng chính trong 15 năm nữa hoặc lâu hơn. Nó không hoàn hảo và nó không rẻ, nhưng nó đang được cải thiện ngày càng tốt hơn”.
Ông Horie và triển vọng phát triển của APB
Horie thừa nhận rằng APB không thể cạnh tranh với những người khổng lồ về pin, những người đã được thu được lợi nhuận khủng sau khi đầu tư hàng tỷ USD. Thay vì nhắm mục tiêu vào “đại dương đỏ” ở phân khúc ô tô điện, APB trước tiên sẽ tập trung vào pin tĩnh được sử dụng trong các tòa nhà, văn phòng và nhà máy điện.
Thị trường đó sẽ trị giá 100 tỷ đô la vào năm 2025 trên toàn thế giới - gấp hơn 5 lần so với năm ngoái - theo ước tính của Wood Mackenzie. Chỉ riêng Hoa Kỳ, cùng với Trung Quốc sẽ là nguồn cầu chính về lưu trữ năng lượng, có khả năng sẽ tăng gấp 10 lần lên 7 tỷ USD trong giai đoạn này.
Horie, 63 tuổi, đã làm về pin lithium-ion ngay từ những ngày đầu của công nghệ này. Vào tháng 2/1990, khi bắt đầu sự nghiệp của mình tại Nissan, ông đã nghiên cứu về sản xuất ô tô điện và hybrid.
Chỉ vài tuần sau, Sony Corp đã gây sốc cho ngành công nghiệp pin - vốn đang đặt cược vào công nghệ niken-hydride - bằng cách công bố kế hoạch thương mại hóa một loại pin lithium-ion thay thế. Horie nói rằng ông đã ngay lập tức nhìn thấy hứa hẹn và thúc đẩy 2 công ty kết hợp các nỗ lực nghiên cứu cùng năm đó.
Tuy nhiên, đến năm 2000, do làm ăn thua lỗ, Nissan đã từ bỏ công việc kinh doanh pin của mình, và được giải cứu bởi Renault SA. Horie đã một cơ hội để thuyết phục ông chủ mới của mình, Carlos Ghosn, rằng đầu tư vào xe điện là nên làm.
Sau bài thuyết trình dài 28 phút, ông Ghosn rất phấn khích, tuyên bố nghiên cứu của Horie là một khoản đầu tư quan trọng của công ty và bật đèn xanh dự án. Nissan Leaf sau đó trở thành chiếc xe điện bán chạy nhất trong một thập kỷ.
-
- Xe ô tô điện Nissan Leaf 2018. (Ảnh: Wikipedia)
Horie đã nảy ra ý tưởng về pin all-polymer khi còn ở Nissan, nhưng không thể có được sự hỗ trợ của công ty để biến nó thành sự thật. Vào năm 2012, khi đang giảng dạy tại Đại học Tokyo, ông đã được tiếp cận bởi Sanyo Chemical Industries Ltd, một công ty được biết đến với các vật liệu siêu thấm được sử dụng trong tã lót.
Cả hai đã cùng nhau phát triển pin đầu tiên trên thế giới mà sử dụng một loại polymer gel dẫn điện. Năm 2018, Horie thành lập APB và Sanyo Chemical trở thành một trong những nhà đầu tư đầu tiên của công ty.
Horie cho biết, APB đã có hàng khách hàng đầu tiên của mình, một công ty lớn của Nhật Bản với các sản phẩm thích hợp và có giá trị gia tăng cao bán ở nước ngoài. Ông từ chối cung cấp thêm thông tin chi tiết nhưng cho biết APB có kế hoạch đưa ra thông báo ngay sau tháng 8.
Horie nói: “Đây là bằng chứng cho thấy pin của chúng tôi có thể được sản xuất hàng loạt. Các nhà sản xuất pin sẽ trở thành nhà lắp ráp. Chúng tôi đang đưa hóa học trở lại vai trò lãnh đạo của nó”.
Văn Thiện
Theo Bloomberg
