Lần gần nhất bạn đến trạm xăng mất bao lâu? Ba phút? Năm phút? Sự thật là, có lẽ bạn thậm chí còn không nghĩ đến điều đó. Nhưng đối với chủ sở hữu xe điện, việc chờ sạc EV đầy pin là một câu chuyện hoàn toàn khác.
Sạc nhanh bộ pin của xe điện là một quy trình tinh tế hơn nhiều so với việc chỉ đổ xăng vào bình. Nó đòi hỏi phải tăng đột biến mức năng lượng đủ gây chết người vào các ô pin lithium-ion dễ bị quá nhiệt và phản ứng hóa học mất kiểm soát. Do đó, “sạc nhanh” một chiếc xe điện ở đâu đó như Tesla Supercharger thực sự cũng vẫn còn khá chậm. Chúng ta đang nói đến 20 phút hoặc phải một giờ cho một lần sạc đầy, tùy thuộc vào khả năng của từng loại xe cụ thể.
Điều đó cần phải được cải thiện nhanh chóng, để có nhiều người sẽ mua xe điện hơn và cứu vớt môi trường hành tinh này. Tin tốt là các nhà nghiên cứu, công ty ô tô và công ty khởi nghiệp về pin đang đổi mới nhanh chóng để cắt giảm thời gian sạc xuống còn 10 phút dễ chịu hơn. Nhưng việc tiếp năng lượng cho xe điện diễn ra nhanh như việc đổ đầy bình cho xe đốt trong, chẳng hạn như trong năm phút sẽ không sớm xảy ra.
Tại sao việc sạc nhanh xe điện lại khó khăn
Có một vài rào cản dai dẳng cản trở viễn cảnh sạc nhanh. Và bạn cần nắm được những điều cơ bản nhất về cách pin hoạt động để hiểu chúng.
Ở cấp độ cơ bản, các cell pin lithium-ion lưu trữ và giải phóng năng lượng bằng các hạt tích điện (ion lithium) chảy giữa điện cực dương (anot) và điện cực âm (catot). Việc kết nối pin với nguồn điện sẽ khiến các ion bơi về phía anot, nhưng việc ép chúng làm như vậy quá nhanh sẽ gây ra những tác dụng phụ khó chịu. Trong trường hợp cụ thể, những vấn đề này có thể làm giảm dung lượng pin và rút ngắn tuổi thọ sử dụng của pin. Trong trường hợp xấu nhất, chúng có thể khiến toàn bộ pin bị hỏng.
Vấn đề lớn nhất là lớp mạ lithium, giáo sư kỹ thuật hóa học Bryan McCloskey của Đại học California, Berkeley giải thích. Nếu bạn gửi quá nhiều ion hướng về cực dương cùng một lúc, chúng có thể tích tụ vĩnh viễn trên bề mặt của nó dưới dạng cặn kim loại lithium, “thích phản ứng với hầu như mọi thứ”. Trong trường hợp cực đoan, McCloskey nói, lớp mạ lithium có thể gây ra hiện tượng đoản mạch và cháy pin dữ dội.
Đẩy các ion lithium xung quanh quá mạnh cũng có thể tạo ra ma sát không đáng có và gây ra tình trạng quá nhiệt. McCloskey cho biết, giống như mạ lithium, điều đó có thể gây ra các phản ứng “ký sinh” không mong muốn làm giảm hiệu suất của pin.
Điều này không có nghĩa là tất cả các loại xe điện đều tệ hại khi xét về khả năng sạc, nhưng điều đó có nghĩa là ngay cả những mẫu xe sạc nhanh nhất cũng không thể làm hài lòng những người lái xe đã đổ xăng cả đời.
Hyundai Ioniq 6 có thể sạc đầy pin từ 10%-80%, tương đương với khoảng 250 dặm lái xe, trong 18 phút. Công ty khởi nghiệp Lucid Motors của California tuyên bố chiếc sedan hạng sang Air đắt tiền của họ có thể tăng thêm phạm vi 200 dặm trong 12 phút. (Không ai thực sự nghĩ về thời gian sạc EV theo hướng từ khi hết pin đến khi đầy pin vì quá trình sạc chậm lại khi pin gần đạt 100%. Các chuẩn mực phổ biến hơn là 200 dặm hoặc 80%.)
Chìa khóa để đẩy nhanh tiến độ là tìm ra cách cho phép các ion lithium di chuyển tự do hơn bên trong pin mà không gây ra quá nhiều tác động đến mật độ năng lượng. Đó là những gì McCloskey đang nghiên cứu như một phần của chương trình của Bộ Năng lượng Mỹ nhằm tạo ra các loại pin có thể đạt trạng thái sạc 80% trong 10 phút hoặc ít hơn.
Bạn chưa thể mua được một chiếc xe sạc nhanh như vậy, nhưng chúng sắp ra mắt. Và tác động của sự tiến bộ đó có thể sâu sắc hơn nhiều so với việc chỉ tiết kiệm cho người lái xe một chút thời gian trong ngày.
Sạc nhanh hơn có thể thúc đẩy doanh số bán xe điện
Sạc nhanh hơn, tiện lợi hơn và hấp dẫn hơn sẽ là động lực quan trọng cho làn sóng áp dụng EV tiếp theo, làn sóng bao gồm những người mua sử dụng hàng ngày mà không chỉ những người đam mê. Mọi người không hài lòng với tình trạng sạc EV và rất khó để bán cho người Mỹ thông thường một công nghệ không quen thuộc và đôi khi họ thấy tệ.
Theo JD Power, một công ty nghiên cứu khảo sát người mua xe điện, phiên sạc nhanh trung bình hiện nay kéo dài 31 phút. Người lái xe không thực sự hào hứng với điều đó, gần đây nhất, họ đánh giá mức độ hài lòng của mình với tốc độ sạc nhanh ở mức 609 trên thang điểm 1.000
Brent Gruber, Giám đốc điều hành mảng xe điện của công ty, nói rằng: “Những gì chúng tôi có hiện tại không đủ nhanh, nếu không thì chúng tôi đã không phải chứng kiến những điểm số thấp như vậy”.
Ngay cả khi các mạng lưới sạc đã nâng cao dịch vụ của họ và các phương tiện đã trở nên tiên tiến hơn về mặt công nghệ, điểm số hài lòng đó đã giảm trong hai năm qua, một xu hướng mà Gruber cho là một phần do sự thay đổi nhân khẩu học trong số những người mua xe điện. Những người dùng đầu tiên đã đủ phấn khích về Tesla của họ để bỏ qua các điểm dừng chân sạc tốn thời gian. Những người mua chính thống không dễ chấp nhận như vậy.
Sạc công cộng sẽ chỉ trở nên quan trọng hơn khi thị trường EV phát triển mạnh. Gruber cho biết hầu hết người Mỹ đã mua EV cho đến nay đều sống trong những ngôi nhà đơn lẻ, nơi họ chủ yếu cắm điện trong gara hoặc đường lái xe, nhưng ngày càng có nhiều người sống trong căn hộ phụ thuộc nhiều vào sạc công cộng.
Pin là nút thắt cổ chai, nhưng mọi thứ đang thay đổi nhanh chóng
Các trạm sạc mạnh nhất hiện nay có thể cung cấp đủ điện năng để, về mặt lý thuyết, sạc đầy một bộ pin có kích thước vừa phải trong khoảng 10 phút. Bản thân pin không thể xử lý được dòng điện mạnh như vòi rồng. Nhưng điều đó sắp thay đổi.
Chao-Yang Wang, một nhà nghiên cứu pin tại Đại học Penn State, người đã phát triển các cell có thể sạc lại tới 80% trong vòng chưa đầy 10 phút, cho biết: “Cơ sở hạ tầng sạc nhanh hiện có không chỉ khả dụng mà còn chưa được sử dụng hết”. Công nghệ của ông sử dụng một lá niken siêu mỏng để làm nóng pin tới 60 độ C trước khi sạc, ngăn ngừa mạ lithium và cho phép tản nhiệt tốt hơn. Ông cho biết các cell của ông đang được nhiều nhà sản xuất ô tô thử nghiệm.
Wang tin rằng sạc siêu nhanh có thể giải quyết một loạt các vấn đề phát triển gây khó khăn cho quá trình chuyển đổi sang phương tiện giao thông không phát thải. Ông lập luận rằng nếu tài xế biết họ có thể sạc lại pin chỉ trong thời gian sử dụng nhà vệ sinh, họ sẽ an tâm hơn khi thực hiện những chuyến đi dài hơn. Thêm vào đó, họ sẽ không yêu cầu phạm vi hoạt động 300 hoặc 400 dặm và các bộ pin lớn, đắt tiền, tốn tài nguyên mà quãng đường đi được yêu cầu.
Nó tương tự như ví dụ này “Có thể mỗi hai ngày, mỗi người cần ba gallon nước, nhưng chúng tôi không mang theo chai nước cỡ ba gallon”, ông nói. “Chúng tôi mang theo chai cỡ một lít vì chúng tôi có thể đổ đầy nước mọi lúc mọi nơi, đúng không?”
Công ty khởi nghiệp StoreDot của Israel đã phát triển các cell pin có thể sạc từ 10%-80% trong 10 phút bằng cách sử dụng cực dương làm từ silicon, thay vì than chì thông thường. Được gọi là 100in5 (ám chỉ phạm vi hoạt động 100 dặm trong năm phút), công nghệ này sẽ cung cấp năng lượng cho chiếc xe Polestar 5 khi chiếc xe này ra mắt vào năm 2026. Nếu công nghệ này sẵn sàng kịp thời, công ty có thể thay thế hóa chất thế hệ tiếp theo của mình, 100in4, Giám đốc điều hành StoreDot Doron Myersdorf cho biết.
Tiếp theo là gì?
Sạc 80% trong 10 phút sẽ mở rộng ranh giới của cơ sở hạ tầng sạc hiện tại của chúng ta. Các chuyên gia cho biết về mặt lý thuyết, việc tăng tốc lên mức năm phút như đổ xăng có thể khả thi, nhưng sẽ đòi hỏi phải lắp đặt bộ sạc công cộng có thể cung cấp công suất gấp đôi so với các thiết bị mạnh nhất hiện nay, được đánh giá ở mức 350 kilowatt và vẫn còn hiếm.
“Năm phút chắc chắn là một mục tiêu xa vời. Không có nghi ngờ gì về điều đó”, McCloskey nói. “Nhưng đồng thời, tôi không nghĩ rằng nó hoàn toàn nằm ngoài khả năng”.
StoreDot lạc quan hơn khi đưa ra kế hoạch sản xuất pin 100in3 vào năm 2028, tiếp theo là pin 100in2 vào năm 2032. Myersdorf cho rằng bộ sạc công cộng 700 kilowatt sẽ trở nên phổ biến trong tương lai, nhưng thừa nhận rằng quá trình phát triển cơ sở hạ tầng đó sẽ không diễn ra nhanh chóng hoặc dễ dàng.
Ông nói rằng: “Năm năm nữa, tôi nghĩ 350kW sẽ là loại trạm cơ sở”.
Thất vọng vì việc sạc điện cạnh tranh với xăng vẫn chưa đến gần? Đừng thất vọng. Có một lập luận thuyết phục cho rằng chúng ta nên ngừng cố gắng áp đặt khái niệm của mình về xe chạy bằng xăng lên xe điện.
Một trong những điều tuyệt vời nhất về xe chạy bằng pin là với kết nối điện khá cơ bản, rẻ hơn nhiều và đơn giản hơn nhiều so với các súng cắm sạc siêu mạnh tại các trạm dừng nghỉ trên đường cao tốc, bạn có thể sạc lại xe chậm rãi ở bất cứ đâu: trên phố, tại văn phòng, trong bãi đỗ xe, tại trung tâm thương mại. Khai thác tiềm năng thực sự của xe điện có thể có nghĩa là đầu tư vào rất nhiều kết nối sạc chậm có thể giúp xe luôn được sạc đầy bất cứ khi nào chúng đỗ, điều quan trọng là hầu hết thời gian đều như vậy. Điều đó sẽ đòi hỏi một sự thay đổi mô hình trong cách chúng ta nghĩ về việc lái xe. Vậy thì có lẽ ô tô vẫn ổn. Bộ não của chúng ta mới là thứ cần được cải thiện.
Tuấn Phạm – Autocar Vietnam