Tại sự kiện Battery Day của Tesla năm ngoái, Giám đốc điều hành (CEO) Elon Musk đã đặt cho mình mục tiêu đầy tham vọng: Sản xuất một chiếc xe điện (EV) trị giá 25.000 USD vào năm 2023. Mức giá đó rẻ hơn chừng 15.000 USD so với mẫu xe rẻ nhất của công ty hiện tại. Để làm được điều đó, nhất thiết chi phí sản xuất pin – vốn chiếm 1/3 chi phí sản xuất xe điện phải giảm xuống mà không ảnh hưởng đến sự an toàn của xe. Không chỉ Tesla, những nhà sản xuất ô tô truyền thống như Toyota Motor và Volkswagen đều đổ hàng chục tỉ USD vào cuộc đua này.

Tại sao pin xe điện tốn nhiều tiền?

EV sử dụng cùng một loại pin lithium-ion có thể sạc lại như trong máy tính xách tay hoặc điện thoại di động, chỉ có điều chúng có kích thước lớn hơn, để cung cấp nhiều năng lượng hơn.  Thành phần đắt nhất trong mỗi tế bào pin là cực âm, một trong hai điện cực lưu trữ và giải phóng điện.

Các vật liệu cần thiết trong catốt để chứa nhiều năng lượng hơn thường đắt tiền. Đó là các kim loại như coban, niken, liti và mangan. Chúng cần được khai thác, xử lý và chuyển đổi thành các hợp chất hóa học có độ tinh khiết cao.

Theo Bloomberg, với kích thước pin ôtô điện hiện tại, chi phí trung bình của pin cho một chiếc EV điển hình vào khoảng 6.300 USD. Giá pin đã giảm rất nhiều - giảm 89% trong thập kỷ qua, tuy nhiên chi phí để sản xuất pin xe điện vẫn cao hơn rất nhiều so với xe sử dụng động cơ đốt trong.

Châu Á thống trị ngành sản xuất pin lithium-ion, chiếm hơn 80% công suất hiện có. Công ty Contemporary Amperex Technology (CATL) của Trung Quốc đã xuất xưởng sản lượng cao nhất vào năm 2020, chiếm gần 1/4 thị trường. Tháng 9 năm nay, công ty đã mở rộng vị trí dẫn đầu lên 30%, tiếp theo là LG Energy Solution của Hàn Quốc và Panasonic của Nhật Bản.

Phần lớn pin có các thành phần cơ bản giống nhau: Hai điện cực - một cực âm và một cực dương - và một chất điện phân giúp chuyển tải điện tích giữa chúng. Nhưng có sự khác biệt trong các vật liệu được sử dụng, và đó là chìa khóa cho lượng năng lượng mà chúng sản sinh ra.

Các phương tiện di chuyển quãng đường ngắn có thể sử dụng hóa chất catốt rẻ hơn và ít mạnh hơn, kết hợp lithium, sắt và phốt phát. Đối với các loại xe hiệu suất cao hơn, các nhà sản xuất ô tô ưu tiên các vật liệu giàu năng lượng hơn, chẳng hạn như oxit lithium-niken-mangan-coban hoặc oxit lithium-niken-coban-nhôm.

Giảm chi phí sản xuất pin không đơn giản

Để giảm chi phí sản xuất pin xe điện, điều quan trọng nhất là tập trung vào nguồn nguyên liệu đắt nhất – coban. Một lựa chọn thay thế là niken, kim loại rẻ hơn và chứa nhiều năng lượng hơn. Tuy nhiên để làm như vậy cần điều chỉnh lại an toàn vì coban không quá nóng hoặc dễ bắt lửa.

Một động thái khác là sử dụng các giải pháp thay thế hoàn toàn không chứa coban, như pin lithium iron phốt phát giá rẻ, từng bị chê là có hiệu suất kém, nhưng lại thúc đẩy việc thay đổi thiết kế. Ngoài ra, việc đơn giản hóa thiết kế bộ pin và sử dụng một sản phẩm tiêu chuẩn cho nhiều loại xe, thay vì phù hợp với từng kiểu xe sẽ giúp tiết kiệm chi phí về pin.

Điều mong chờ nhất là sự xuất hiện của pin thể rắn, giúp lưu trữ nhiều năng lượng hơn, sạc nhanh hơn và mang lại độ an toàn cao hơn so với pin lithium-ion lỏng như hiện nay. Pin thể rắn được sử dụng trong máy điều hòa nhịp tim và đồng hồ thông minh. Tuy nhiên phải đến năm 2026, loại pin này mới có thể được sản xuất đại trà.