Theo Nikkei Asia, các nhà nghiên cứu Nhật Bản đang tăng tốc nỗ lực phát triển loại pin thế hệ tiếp theo giúp xe điện đi được quãng đường 1.000 km chỉ với một lần sạc duy nhất.
Loại pin này có tên florua-ion, được kỳ vọng sẽ khả thi vào đầu những năm 2030 với khả năng cung cấp năng lượng cao gấp 6 - 7 lần so với pin lithium-ion - loại pin tiêu chuẩn hiện đang được sử dụng trong nhiều dòng xe điện. Nếu thành công, sáng kiến mới này sẽ mở đường cho các loại pin nhỏ và nhẹ hơn trên thị trường.
Về mặt lý thuyết, điện cực trong pin florua-ion cần ít vật liệu hơn so với pin lithium-ion. Loại pin mới cũng không cần tới các kim loại hiếm, qua đó giảm áp lực lên chuỗi cung ứng vốn đang gián đoạn.
Đại học Kyoto, Nhật Bản hiện là đơn vị dẫn đầu trong việc phát triển pin florua-ion. Vào năm 2020, ngôi trường này cùng gã khổng lồ ngành ô tô Nhật Bản Toyota đã thử nghiệm một nguyên mẫu pin florua-ion ở trạng thái rắn. Viện Nghiên cứu Honda vào năm 2018 cũng từng công bố những bước đột phá quan trọng trong nghiên cứu pin florua-ion dưới nỗ lực chung với NASA và Viện Công nghệ California.
Các nhà nghiên cứu Nhật Bản đang tăng tốc nỗ lực phát triển loại pin thế hệ tiếp theo giúp xe điện đi được quãng đường 1.000 km chỉ với một lần sạc duy nhất.
Những thách thức vẫn hiện hữu do pin florua-ion chưa có tính khả thi về mặt thương mại. Chẳng hạn như các đơn vị nghiên cứu hiện vẫn chưa tìm thấy sự pha trộn tối ưu giữa vật liệu điện cực và chất điện phân. Tuy nhiên, ở thời điểm hiện tại, có thể nói pin lithium-ion vẫn hoạt động tốt hơn về chu kỳ sạc cũng như hiệu năng sử dụng. Rào cản duy nhất là tìm ra nguyên vật liệu hiệu quả để sản xuất pin florua-ion.
Nhóm các nhà nghiên cứu, bao gồm Kenichi Okazaki, hiện là phó giáo sư tại Đại học Ritsumeikan, hồi tháng 9 đã đưa ra phân tích về phản ứng trong pin florua-ion cũng như tác dụng của chúng trong việc sạc và phóng điện. Kết quả này đã đưa ra hướng tiếp cận nguyên vật liệu mới để sản xuất pin florua-ion.
Đến năm 2025, các nhà nghiên cứu còn lên kế hoạch phát triển một nguyên mẫu pin với điện cực đồng và nhôm. Những vật liệu này rẻ và ít rủi ro hơn so với các lựa chọn khác. Họ cũng nhắm đến mục tiêu cải thiện điện áp để phù hợp với mục đích sử dụng.
“Tôi muốn đưa ra một giải pháp thay thế pin lithium-ion để tiến tới một tương lai xanh hơn, qua đó đạt mục tiêu trung hòa carbon”, phó giáo sư Kenichi Okazaki tại Đại học Ritsumeikan chia sẻ.
Pin florua-ion được kỳ vọng sẽ trở thành lựa chọn khả thi vào đầu những năm 2030 với khả năng cung cấp năng lượng cao gấp 6 - 7 lần so với pin lithium-ion.
Tuy nhiên, trước khi cho ra đời loại pin có khả năng cung cấp năng lượng cao gấp 6 - 7 lần, các nhà sản xuất pin xe điện vẫn còn phải đối mặt với nhiều rào cản và thách thức. Sự thiếu hụt khoáng chất quan trọng lithium mới có thể ngăn cản quá trình hiện thực hóa mục tiêu chung vào năm 2030. Đồng, nguyên liệu được sử dụng trong EV làm chất dẫn điện cũng có thể đứng trước nguy cơ khan hiếm.
Khai thác lithium đang trong giai đoạn khủng hoảng. Các chuyên gia thuộc tổ chức Macquarie Group cảnh báo về một viễn cảnh “thâm hụt lithium vĩnh viễn”, trong khi Citigroup dự báo giá kim loại quý này sẽ tăng gấp đôi một cách “cực đoan’’ trong năm 2022.
Nguyên nhân khủng hoảng một phần đến từ những khó khăn trong quá trình khai thác. Đa số các dự án đều vấp phải phản đối gay gắt của người dân địa phương - những người cho rằng việc khai thác mỏ khoáng sản sẽ tác động trực tiếp đến nguồn nước ngầm nuôi gia súc, đồng thời ảnh hưởng đến di sản, đời sống và đất đai tổ tiên họ để lại.
Câu chuyện về chủ trang trại Bartell là một ví dụ. Lần đầu tiên nghe về mỏ lithium, ông không nghĩ ngợi nhiều. Mãi sau này, những tác động tiêu cực đến môi trường mới được người đàn ông này cân nhắc.
Nguyên nhân khủng hoảng lithium một phần đến từ những khó khăn trong quá trình khai thác.
Bartell lo sợ việc khai thác sẽ tác động đến hệ sinh thái của những động vật sống. Những chiếc xe tải chở đầy lưu huỳnh cũng sẽ đi qua một ngôi trường tiểu học nơi vợ anh, Brenda, đang dạy học. Chúng, sau khi được đốt cháy và trộn lẫn với nước, sẽ tạo ra 5.800 tấn axit sunfuric độc hại mỗi ngày. 354 triệu mét khối chất thải mỏ cũng nằm dọc con đường đất mà ông Bartell thường xuyên đi qua để kiểm tra đàn gia súc ăn cỏ trên núi.
“Đó quả là một cơn ác mộng về môi trường”, ông Bartell phàn nàn, đồng thời bày tỏ nỗi lo lắng cho kế sinh nhai của mình.
Theo Bloomberg, đầu tư toàn cầu cho xe điện tăng nhanh hơn bất kỳ lĩnh vực năng lượng mới nào trong vài năm trở lại đây, vượt xa cả năng lượng gió và mặt trời. Theo Benchmark Mineral Intelligence, với mức giá lithium giao ngay hiện tại, chi phí cho một chiếc xe điện mới sẽ phải tăng thêm khoảng 1.000 USD. Cùng với đà tăng giá của loạt nguyên liệu thô khác, nỗ lực giảm giá xe điện để cạnh tranh với xe xăng sau bao năm có thể đổ sông đổ bể.
Ngoài ra, việc các nhà sản xuất pin không có đủ lượng lithium cần thiết cũng khiến kế hoạch mở rộng nguồn cung xe điện bị hạn chế, từ đó gây khó khăn cho mục tiêu giảm khí phát thải.
“Có vẻ như nỗ lực cải thiện nguồn cung sẽ khó có thể đáp ứng toàn bộ nhu cầu trong 3 năm tới. Các nhà sản xuất xe điện dường như đã "ngủ quên trên vô lăng’’ rồi’’, Cameron Perks, chuyên gia phân tích tại Benchmark cho biết.
Theo: Bloomberg, Nikkei Asia
