Nếu pin dùng được vĩnh viễn thì sao? Một nhóm nghiên cứu do cố vấn cốt lõi của Tesla dẫn đầu đã phát hiện ra rằng pin lithium-ion thông thường vẫn có thể giữ được hơn 80% công suất sau khi được sạc và xả hơn 20.000 lần. Điều này tương đương với khoảng 7 triệu dặm lái xe, hoặc khoảng 500 năm tuổi thọ sử dụng trong các tình huống sử dụng xe thông thường. Trên thực tế, những loại pin này hầu như không bao giờ hết.
Phòng thí nghiệm của Jeff Dahn tại Đại học Dalhousie.
Có mối nguy hiểm tiềm ẩn nào không? Jeff Dahn, giáo sư danh dự tại Đại học Dalhousie ở Nova Scotia, Canada, cho rằng về cơ bản không có thiếu sót nào rõ ràng. Ông đã lãnh đạo một nhóm gồm các nhà nghiên cứu tiến sĩ và sau tiến sĩ hoàn thành nghiên cứu về pin có tuổi thọ cao và bài báo liên quan đã được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội Điện hóa vào tuần trước. Dahn cũng là cố vấn chính về pin cho Tesla, nhà tài trợ chính cho phòng thí nghiệm của Đại học Dalhousie.
Dahn cho biết những loại pin như vậy chỉ yêu cầu "sử dụng nhẹ": giữ ở nhiệt độ dưới 80 độ F thông qua hệ thống làm mát; chỉ sạc khoảng 70% công suất, chỉ dành cho những chuyến đi dài; và thường ở chế độ sạc chậm – pin trong nghiên cứu mất khoảng ba giờ để sạc đầy.
Sau khi thực hiện việc này, bạn có thể có pin gần như vĩnh viễn. “Thật không thể tin được, thật điên rồ,” Dahn nói. "Dữ liệu cho thấy những loại pin này cực kỳ bền. Chúng tôi đang thực hiện 12 chu kỳ sạc-xả mỗi ngày trong 8 năm, thật không thể tin được."
Các nhà sản xuất ô tô điện vẫn còn đặt chỗ. Ngành công nghiệp này thường đưa ra chế độ bảo hành 8 năm hoặc 150.000 dặm đối với ắc quy xe. Nếu phát hiện của Dahn được xác nhận, điều đó có nghĩa là các điều kiện bảo hành hiện tại không phản ánh được tuổi thọ thực sự của pin. Pin đã đóng một vai trò quan trọng trong kế hoạch mở rộng lưới điện và vai trò này sẽ tăng lên đáng kể trong tương lai.
Các công ty điện lực có thể sử dụng pin trong xe điện để đáp ứng nhu cầu của lưới điện trong giờ cao điểm. Khi xe điện hết tuổi thọ sử dụng, pin có thể được tháo ra và nạp vào một thùng chứa lớn để cung cấp năng lượng dự phòng lâu dài cho trung tâm dữ liệu, mở ra thời gian sử dụng lâu dài thứ hai.
Pin do Dahn phát triển sử dụng hệ thống vật liệu ternary niken mangan coban (NMC). Bài viết này đưa ra lời bác bỏ mang tính lật đổ đối với loại pin lithium iron phosphate (LFP) phổ biến hiện nay. Pin LFP được các hãng ô tô Trung Quốc ưa chuộng, chiếm hơn một nửa số xe điện lắp đặt trên thế giới và gần như là lựa chọn duy nhất cho các trung tâm dữ liệu AI, lưới điện và kho năng lượng gia đình. Mặc dù các hãng xe phương Tây chủ yếu sử dụng ắc quy NMC với hiệu suất mạnh mẽ hơn nhưng họ đang ngày càng chuyển sang lộ trình LFP.
LFP được đánh giá cao vì giá thành của nó thường thấp hơn NMC, hiệu suất ở nhiệt độ thấp tốt hơn, không chứa niken và coban và ít tắc nghẽn trong chuỗi cung ứng hơn. Những người kỳ cựu trong ngành cũng thường tin rằng tuổi thọ chu kỳ sạc-xả của LFP cao hơn nhiều so với NMC.
Nhưng Dahn chỉ ra rằng tuyên bố về vòng đời này là không đúng: Pin NMC thực sự có vòng đời dài hơn.
Dahn được cho là có lợi ích cá nhân trong cuộc tranh cãi - anh ấy là người đồng phát minh ra công nghệ NMC. Tuy nhiên, ông cũng cho biết Đại học Dalhousie có phòng thí nghiệm pin với 40 người. Trước phạm vi ứng dụng rộng rãi của LFP, nhóm cũng đang tối ưu hóa đồng bộ hiệu suất của nó.
Nghiên cứu của Dahn về pin NMC có tuổi thọ cao ít nhất đã có từ năm 2019, khi ông gây chấn động trong ngành khi xuất bản một bài báo công bố việc phát triển một loại pin có thể chạy được tới 1 triệu dặm. Các tiêu đề từ các phương tiện truyền thông lớn, bao gồm cả của tôi, đang đưa tin “Kỷ nguyên của những chiếc ô tô điện chạy được hàng triệu dặm đang đến”.
Bước đột phá mới lần này là một số pin đã chạy liên tục trong 6, 7 hoặc thậm chí 8 năm và hiệu suất của chúng vẫn đang được xác minh.
Ý tưởng kết nối pin xe điện với lưới điện bắt nguồn từ một bài báo năm 1997 của giáo sư Willett Kempton tại Đại học Delaware. Ông lưu ý rằng 200 triệu phương tiện ở Hoa Kỳ không hoạt động trong 95% thời gian và phần lớn giá trị của chúng bị lãng phí. Kempton viết rằng một khi xe điện trở nên phổ biến, các công ty điện lực nên tận dụng khả năng lưu trữ năng lượng trên tàu.
Khái niệm này sau đó được phát triển thành một nhà máy điện ảo. Các công ty điện lực có thể khai thác pin ô tô và gia đình trong thời gian lưới điện đạt đỉnh điểm hoặc thời tiết khắc nghiệt. Tổ chức nghiên cứu năng lượng tái tạo Bloomberg New Energy Finance cho biết các dự án thí điểm liên quan đã được thực hiện ở California, Vương quốc Anh và Trung Quốc.
Nhưng mấu chốt cốt lõi của mọi kế hoạch luôn là: liệu có nhiều chủ sở hữu xe điện sẵn sàng tham gia hay không. Suy cho cùng, không ai muốn bộ phận đắt tiền nhất trên xe của mình bị hao mòn – ắc quy. Một khi pin bị hỏng, chi phí thay thế có thể lên tới hàng nghìn USD.
Dahn cho biết kết quả nghiên cứu của Đại học Dalhousie cho thấy ngay cả khi chủ xe điện kết nối phương tiện của mình với lưới điện mỗi ngày thì dung lượng pin sẽ khó giảm.
Trong một cuộc thí điểm được thực hiện tại thành phố Utrecht của Hà Lan, bộ phận Ape của Renault nhận thấy rằng ngay cả những người dùng tương tác thường xuyên nhất với mạng ô tô cũng tiêu thụ dung lượng pin tối thiểu. Anpei tính toán tổng lượng điện người dùng phát lên lưới mỗi ngày trong 6 tháng chỉ tương đương với việc pin được sạc đầy và xả 20 lần.
Nếu thí nghiệm Utrecht có thể phản ánh thói quen sử dụng thực tế của chủ xe ô tô thì tuổi thọ của những viên pin này thậm chí có thể dài hơn cả vòng đời của chính hệ thống lưới điện.
Vẫn còn một số vấn đề về bảo trì: Chất điện phân của pin—chất lỏng chịu trách nhiệm vận chuyển các ion lithium giữa các điện cực khi sạc và xả—có thể bị khô hoặc rò rỉ theo thời gian. Các tác giả của bài báo khuyên bạn nên sử dụng pin hình trụ hoặc hình lăng trụ bằng kim loại, ít có khả năng rò rỉ hơn pin dạng túi.
Max Reed, nhà phân tích pin tại viện nghiên cứu năng lượng CRU Group, cho biết nhóm nghiên cứu cũng bơm lượng chất điện phân vào pin cao hơn nhiều so với lượng thông thường.
Phòng thí nghiệm vẫn đang thử nghiệm ba tế bào NMC riêng lẻ. Nhóm của Dahn đã sạc và xả nó khoảng 8 lần một ngày trong 7,5 năm. Trong thời gian này, pin vẫn giữ được tới 87% dung lượng ban đầu. Bài báo dự đoán sẽ sử dụng thêm 2,5 năm nữa trước khi công suất giảm xuống 80%, tiêu chuẩn cuối đời chung của ngành.
Khi đó, số lần sạc và xả của nó sẽ tương đương với việc lái xe 9,6 triệu dặm, đủ cho 685 năm sử dụng bình thường.
"Trong phân tích cuối cùng, loại pin này có tuổi thọ cao như vậy. Nếu nó không được sử dụng để tương tác giữa xe và mạng và mục đích sử dụng phụ thì thật lãng phí giá trị." Đan nói.