Trong một sự kiện năm ngoái, Tesla nói rằng những cải tiến về pin đã giúp công ty giảm 56% chi phí tạo ra mỗi kWh cho cục pin của họ. Elon Musk chia sẻ: “Chúng tôi tự tin rằng chúng tôi có thể thiết kế và sản xuất những chiếc xe điện giá chỉ $25.000″, và ông nói rằng điều này có thể diễn ra trong chỉ 3 năm nữa mà thôi.
Đó là Elon Musk, một người thường hứa hẹn rất nhiều, nên mốc thời gian nói trên chỉ nên dùng tham khảo, nhưng giấc mơ nói trên không phải là không thể trở thành hiện thực.
Nói về mức giảm chi phí 56% ở trên trong vòng 3 năm, nghe qua có vẻ khá lớn, nhưng theo công ty nghiên cứu BloombergNEF thì giá cho 1kWh pin đã giảm từ $1160 hồi năm 2010 xuống chỉ còn $153 năm 2019. Mức giảm 8 lần này diễn ra trong chỉ 9 năm, như vậy cứ mỗi 3 năm thì giá thành của pin giảm đi phân nửa.
Vũ khí bí mật của Tesla: tích hợp theo chiều dọc
Mức giảm giá 56% mà Tesla đề cập không đến từ 1 công nghệ hay cải tiến duy nhất. Nó là sự kết hợp của những cải tiến liên quan đến hóa học, thiết kế cell pin, quy trình sản xuất cell, cũng như cách mà pin được tích hợp vào ô tô.
Trong quá khứ, pin của Tesla sử dụng cell cho Panasonic sản xuất tại Gigafactory, siêu nhà máy mà Tesla và Panasonic đã cùng nhau xây dựng tại Nevada. Tesla nói họ sẽ tiếp tục làm việc với Panasonic lẫn các nhà cung cấp cell pin khác, nhưng do nhu cầu tăng cao trong các năm tới nên Tesla sẽ phải tự mình sản xuất cell pin. Tesla ước tính rằng họ sẽ sản xuất số lượng cell với tổng công suất 100GHw trong năm 2022, và tăng lên thành 3.000GWw đến năm 2030. Để bạn dễ so sánh thì Gigafactory đang có công suất sản xuất 20GHw cell pin tính đến giữa năm 2018.
Tesla có một kế hoạch cực kì tham vọng để làm cell pin mới. Họ sẽ dùng hóa chất khác, trong đó có việc thay thế cobalt bằng nickel để giảm chi phí.
Ngoài ra, Tesla cũng cải thiện quy trình sản xuất của mình. Drew Baglino, phó chủ tịch mảng kĩ thuật năng lượng của Tesla, nhắc đến ngành sản xuất nước uống đóng chai. Các nhà sản xuất nước đóng chai tìm được cách tối đa sản lượng của họ bằng cách giữ cho các chai luôn liên tục di chuyển. Để làm được việc này đòi hỏi bên sản xuất chai và bên làm nước phải chuyển động cùng nhau. Tesla cũng thế, họ nghĩ về việc làm sao tạo ra những cell pin tốt nhất và làm sao tạo ra những công cụ tốt nhất để sản xuất các cell này. Bằng cách đó, tesla có thể đạt được sản lượng mỗi phút cao.
Baglino nhấn mạnh việc họ có thể làm việc chặt chẽ với nhóm thiết kế ra các máy móc công cụ sản xuất chính là chìa khóa để tăng sản lượng. “Chúng tôi có thể thiết kế mọi chiếc máy cần thiết thành 1 chiếc duy nhất, bỏ đi tất cả những bước không cần thiết”. Kết quả là lượng pin sản xuất được tăng 7 lần.
Cell pin không cần tab, và đi làm khai khoáng luôn
Với cục pin tròn, hai cực âm và dương của pin sẽ quấn chặt lấy nhau. Trong loại pin này có một thứ gọi là “tab”, nó là một linh kiện kim loại được hàn vào các điện cực. Quá trình sản xuất tab rất khó khăn và có thể ảnh hưởng tới tuổi thọ cũng như hiệu năng của pin. Ví dụ, tab có thể đâm xuyên qua các lớp các điện giữa cực âm và dương gây ra tình trạng đoản mạch, dẫn đến cháy nổ.
Tesla nói họ đã tìm được cách tạo ra pin tabless, tức là không cần dùng tab. Nó vừa dễ sản xuất hơn, ít có khả năng quá nhiệt hơn, và đồng thời giảm được một khâu trong quy trình sản xuất để các cell pin ít phải dừng lại khi nó đi qua cả một dây chuyền nhiều công đoạn. Bên dưới là hình của cell pin tabless mà Tesla công bố.
Tesla thậm chí còn tiết lộ rằng họ còn đang suy nghĩ đến việc tham gia vào việc khai khoáng. Hiện tại việc khai thác lithium đang diễn ra chủ yếu bên ngoài nước Mỹ, nhưng thực ra ở Mỹ không thiếu mỏ lithium. Elon Musk nói rằng lithium có ở rất nhiều nơi trên thế giới và ngay tại sa mạc Nevada đã có đủ lượng lithium để sản xuất đủ xe điện cho cả nước Mỹ xài. Thế nên tesla dự tính mở một khu vực khai thác lithium của riêng mình với diện tích khoảng 10.000 hecta. “Bản chất của việc khai khoáng là nó rất nhạy cảm với môi trường, chúng tôi sẽ lấy một nắm đất lên, tách lithium ra rồi trả đất về lại chỗ ban đầu”.
“Vẫn còn rất nhiều việc phải làm”
Cực âm và dương của pin thực chất là các tấm kim loại mỏng với nhiều vật liệu bên trong – nickel, cobalt, lithium và nhiều thứ khác nữa, chúng sẽ được tráng một mặt. Lớp tráng phủ này sẽ được phủ lên từng lớp kim loại rồi đợi khô đi. Khi thực hiện ở quy mô lớn, quá trình này cần rất nhiều lò sấy cũng như máy móc phức tạp để thu hồi cũng như tái sử dụng dung môi.
Năm ngoái, Tesla mua một công ty pin tên là Maxwell, họ đã phát triển một quy trình làm khô để dùng cho việc tráng phủ điện cực. Thay vì sử dụng dung dịch, Maxwell sử dụng bột khô áp trực tiếp lên tấm kim loại làm điện cực. Việc này giúp loại bỏ nhiều khâu trong quá trình sản xuất điện cực và cũng không cần sử dụng các dung dịch độc hại. Tesla ước tính việc đổi sang các làm mới này vừa giúp kích thước nhà máy giảm đi 10 lần, vừa giảm mức độ tiêu thụ điện của quy trình tráng phủ đi 10 lần luôn.
Elon Musk cũng thừa nhận rằng tuy quy trình này nghe có vẻ đơn giản, nhưng khi sản xuất trên quy mô lớn thì công nghệ của Maxwell chưa sẵn sàng, họ vẫn đang tiếp tục hoàn thiện nó.
Thay đổi cấu trúc của pin
Tesla sẽ thay đổi thiết kế xe điện của mình để họ có thể nhét pin vào nhiều hơn với chi phí rẻ hơn. Musk lấy ví dụ là máy bay hiện đại dùng phần bên trong cánh máy bay để chứa nhiên liệu nhằm tăng tầm bay lên xa hơn.
Hiện tại xe Tesla sử dụng hai tấm ván nằm ở gần gầm xe để chứa pin, hai tấm này sẽ được kết nối bằng một số cột nâng để chống đỡ, và pin sẽ nằm giữa các cột nâng này.
Trong thiết kế mới, bản thân các cell pin sẽ trở thành trụ nâng đỡ cho toàn bộ cấu trúc của khay pin. Pin sẽ được dán vào tấm ván trên và dưới của xe bằng một loại keo dán đặc biệt. Nó sẽ giúp truyền lực giữa tấm ván trên và dưới.
Việc loại bỏ các trụ nâng vừa giảm trọng lượng, vừa giảm chi phí, các cell pin có thể nằm sát nhau hơn và khay pin có thể cách cạnh của xe nhiều hơn. Musk nói điều này cũng giúp giảm tác động lên pin, hạn chế nguy cơ cháy nổ nhất là trong các vụ tai nạn đụng xe. Tesla ước tính thiết kế này sẽ giúp giảm chi phí lắp ráp pin 7%.
Người dùng và môi trường là người hưởng lợi
Không chỉ Tesla mà các công ty khác cũng đang có những cải tiến về pin, và có khi Tesla cũng chỉ mới bắt kịp các ông lớn về pin mà thôi. Nhưng ít nhất nó cho Tesla cơ hội để tăng quy mô sản xuất pin lên, và người dùng các mua nhiều xe, nhiều pin thì công ty lại càng có thêm tiền để đầu tư vào nghiên cứu, phát triển rồi lại tiếp tục tăng hiệu quả của những cục pin trong tương lai.
Và khi giá thành pin giảm xuống, giá của xe điện cũng giảm xuống, mà khả năng tiếp cận xe điện tăng lên thì quy mô sản xuất pin lại càng phải tăng, giảm chi phí nhiều hơn nữa. Vòng lặp này sẽ giúp xe điện trở thành một thứ phổ biến và có lợi với môi trường, giảm phát thải carbon.
Tham khảo: All about Circuit, ArsTechnica
