Pin mới của Trung Quốc giúp xe điện đi xa gấp 4 lần

19 giờ trướcBài gốc

Các nhà nghiên cứu thuộc khoa Khoa học Vật liệu thuộc Đại học Thiên Tân (Trung Quốc) đã thiết lập dây chuyền sản xuất thử nghiệm cho một loại pin lithium mới, có mật độ năng lượng gấp đôi so với những loại pin xe điện tiên tiến nhất hiện có trên thị trường.

Nhóm nghiên cứu này vừa giải thích phương pháp thiết kế và sản xuất pin lithium của họ trong bài viết đăng trên Nature – tạp chí khoa học hàng đầu thế giới.

Loại pin mới đó có thể đạt mật độ năng lượng (lượng năng lượng lưu trữ trên mỗi đơn vị khối lượng) vượt quá 600 Wh/kg (watt-giờ/kg). Trong khi đó, mật độ năng lượng pin 4680 của Tesla (hãng ô tô điện Mỹ nổi tiếng do Elon Musk điều hành) chỉ khoảng 300 Wh/kg, còn pin Blade của BYD (đang được sử dụng rộng rãi) chỉ đạt 150Wh/kg.

BYD hiện là hãng sản xuất ô tô điện lớn nhất của Trung Quốc và cả toàn thế giới, đứng trên cả Tesla.

Nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Thiên Tân, do Hu Wenbin (phải) đứng đầu, thiết kế và sản xuất một loại pin lithium có thể đạt mật độ năng lượng hơn 600 Wh/kg - Ảnh: Handout

Con số 600 Wh/kg cũng vượt qua mục tiêu của Trung Quốc trong kế hoạch Made in China 2025, vốn đặt ra yêu cầu pin xe điện phải đạt mức 400 Wh/kg nhằm nâng cấp ngành công nghệ cao và giảm phụ thuộc vào nhập khẩu.

Made in China 2025 là kế hoạch chiến lược đầy tham vọng được chính phủ Trung Quốc công bố vào tháng 5.2015. Mục tiêu chính của kế hoạch này là biến Trung Quốc từ "công xưởng thế giới" chuyên sản xuất các mặt hàng giá rẻ, thâm dụng lao động thành cường quốc sản xuất công nghệ cao, tự chủ và dẫn đầu thế giới trong các ngành công nghiệp trọng điểm.

Mục tiêu chính

Made in China 2025 đặt ra các mục tiêu rõ ràng để nâng cấp nền công nghiệp Trung Quốc, tập trung vào việc:

- Tăng cường tự chủ công nghệ: Giảm sự phụ thuộc vào công nghệ, linh kiện và phần mềm nhập khẩu từ nước ngoài, đặc biệt là từ các quốc gia phương Tây. Trung Quốc đặt mục tiêu đạt 70% khả năng tự cung tự cấp các thành phần cốt lõi và nguyên liệu cơ bản trong các ngành công nghiệp quan trọng vào năm 2025.

- Chuyển đổi từ số lượng sang chất lượng: Thay vì chỉ sản xuất hàng loạt, Trung Quốc muốn tập trung vào việc tạo ra các sản phẩm có giá trị gia tăng cao, công nghệ tiên tiến và chất lượng vượt trội.

- Thúc đẩy đổi mới sáng tạo: Đầu tư mạnh vào nghiên cứu và phát triển, khuyến khích các doanh nghiệp trong nước đổi mới và tạo ra các thương hiệu công nghệ hàng đầu thế giới.

- Trở thành cường quốc sản xuất hàng đầu: Đến năm 2025, Trung Quốc đặt mục tiêu lọt vào nhóm các nước chế tạo tiên tiến và xa hơn là trở thành cường quốc chế tạo số một thế giới vào 2049 (kỷ niệm 100 năm thành lập nước Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa).

10 lĩnh vực trọng điểm

Kế hoạch Made in China 2025 tập trung vào 10 lĩnh vực công nghệ cao quan trọng, được coi là then chốt cho sự phát triển công nghiệp trong tương lai:

1. Công nghệ thông tin thế hệ mới (chip, trí tuệ nhân tạo, 5G/6G...)

2. Máy móc công cụ và robot điều khiển số cao cấp

3. Thiết bị hàng không và vũ trụ

4. Thiết bị kỹ thuật hàng hải và tàu công nghệ cao

5. Thiết bị đường sắt tiên tiến

6. Xe năng lượng mới và thiết bị thông minh

7. Thiết bị năng lượng điện

8. Thiết bị nông nghiệp

9. Vật liệu mới

10. Kỹ thuật sinh học và thiết bị y tế hiệu suất cao

Tăng thời lượng bay của drone hơn 2,8 lần, có thể giúp xe điện đi xa gấp 4 lần

Nếu có thể được ứng dụng quy mô lớn, loại pin mới của Đại học Thiên Tân có thể giúp xe điện tăng gấp đôi, thậm chí gấp 4 lần quãng đường di chuyển, xóa bỏ nỗi lo xe hết pin trước khi đến nơi. Đây vốn được coi là rào cản lớn cuối cùng ngăn cản xe điện thống trị thị trường.

Không những thế, pin do nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Thiên Tân chế tạo đã chứng minh khả năng chịu đựng trong các thử nghiệm ở nhiệt độ thấp, chịu lửa, thậm chí cả khi bị đâm xuyên bằng đinh, thể hiện độ ổn định nhiệt và cơ học vượt trội.

Dây chuyền sản xuất thử nghiệm pin đặt tại thành phố cảng Thiên Tân, phía bắc Trung Quốc. Những viên pin sản xuất ở đây đã được lắp vào ba mẫu máy bay không người lái (drone) trong nước, giúp tăng thời lượng bay lên gấp 2,8 lần.

Pin lithium kim loại từ lâu đã được coi là một bước ngoặt trong công nghệ lưu trữ năng lượng. Tuy nhiên, các thiết kế chất điện phân hiện tại vẫn gặp khó khăn trong việc vừa đạt công suất năng lượng cao, vừa kéo dài vòng đời sạc xả.

Ông Hu Wenbin, trưởng nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Thiên Tân, cho biết khái niệm thiết kế mới này “phá vỡ sự phụ thuộc truyền thống vào cấu trúc solvat hóa trong thiết kế chất điện phân, đạt được sự cải thiện kép cả về mật độ năng lượng và hiệu suất tổng thể”.

Cấu trúc solvat hóa là cách sắp xếp cụ thể của các phân tử điện phân xung quanh một ion lithium.

Các anion (ion mang điện tích âm) độc quyền và công thức điện phân của từng nhà sản xuất pin sẽ quyết định mức mật độ năng lượng đạt được.

Nghiên cứu của Hu Wenbin áp dụng một cách tiếp cận mới bằng cách đa dạng hóa cấu trúc solvat hóa sang trạng thái không cục bộ, từ đó cải thiện sự cân bằng các đặc tính điện phân ở mức độ vi mô.

Đa dạng hóa cấu trúc solvat hóa thành trạng thái không cục bộ là phương pháp cải tiến pin nhằm tối ưu hóa sự tương tác giữa các ion lithium và các phân tử dung môi trong chất điện phân, từ đó cải thiện hiệu suất tổng thể của pin.

Nhóm của Hu Wenbin đã sử dụng dữ liệu lớn (big data) và phân tích cụm bằng học máy để xác định các loại muối lithium và dung môi tiềm năng nhất, từ đó tạo nên thành phần chất điện phân pin.

Học máy là một nhánh của trí tuệ nhân tạo (AI), trong đó máy tính học từ dữ liệu để tự cải thiện khả năng dự đoán hoặc ra quyết định, mà không cần lập trình sẵn từng quy tắc chi tiết.

Thay vì viết chương trình với các quy tắc rõ ràng để giải quyết một vấn đề, với học máy, bạn sẽ cung cấp cho máy tính lượng lớn dữ liệu và thuật toán. Máy tính sẽ tự phân tích dữ liệu đó, tìm ra các quy luật, mẫu hình ẩn và từ đó đưa ra dự đoán hoặc quyết định.

Các đặc tính nổi bật khác

Loại pin của Đại học Thiên Tân có thể duy trì mật độ năng lượng ổn định sau 90 chu kỳ sạc (một chu kỳ được tính là sạc đầy và xả hết).

Ngoài ra, pin cũng thể hiện ưu thế vượt trội trong các thử nghiệm an toàn, nhờ bổ sung các thành phần chứa fluor vào điện phân giúp cải thiện độ ổn định nhiệt.

Cụ thể, pin chịu được thử nghiệm đâm xuyên bằng đinh, chất điện phân không bốc cháy khi tiếp xúc với ngọn lửa trần và vẫn duy trì trạng thái lỏng mà không bị đông cứng ở nhiệt độ thấp tới -60°C.

Cuối cùng, sau các đánh giá an toàn nghiêm ngặt, nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã lắp ráp được một bộ pin lithium kim loại có tên Pack480, với dung lượng 3.904 Wh.

Việc lắp ráp một bộ pin dung lượng cao như vậy là thách thức kỹ thuật lớn, đòi hỏi độ đồng nhất và ổn định xuất sắc của các cell (tế bào) pin.

Cell là đơn vị cơ bản cấu tạo nên một bộ pin. Một bộ pin lớn, như loại dùng trong xe điện hoặc để lưu trữ năng lượng mặt trời, được tạo thành từ nhiều cell nhỏ hơn kết nối với nhau. Mỗi cell này là một đơn vị riêng biệt có khả năng tạo ra và lưu trữ điện năng.

Trong quá trình thử nghiệm, bộ pin cung cấp nhiều năng lượng hơn so với trọng lượng của nó và vẫn duy trì ổn định sau 25 chu kỳ sạc, vượt trội hơn hầu hết loại pin hiện tại.

Hu Wenbin cho biết loại pin này dự kiến sẽ được ứng dụng trong các kịch bản đòi hỏi mật độ năng lượng cao, gồm cả xe điện và máy bay điện, và thực tế đã thử nghiệm trên drone.

Sơn Vân

Nguồn Một Thế Giới : https://1thegioi.vn/pin-moi-cua-trung-quoc-giup-xe-dien-di-xa-gap-4-lan-236323.html