Đối thoại với Xu Hangyu của Weiou New Energy: Pin thể rắn quy mô lớn có thể được sản xuất hàng loạt sau năm 2030, pin lỏng, pin lai rắn-lỏng và pin toàn thể rắn sẽ tồn tại lâu dài cùng nhau

“Việc sản xuất hàng loạt pin solid-state dự kiến sẽ diễn ra sau năm 2030.” Gần đây, ông Xu Hàng Vũ, Giám đốc kỹ thuật của Công ty Cổ phần Công nghệ Năng lượng mới Weilan Bắc Kinh, đã trình bày dự đoán của mình trong cuộc phỏng vấn với phóng viên của Báo Kinh tế Thời báo tại Triển lãm Quốc tế về Công nghệ Pin và Lưu trữ Năng lượng Châu Á.

Nguồn hình ảnh: do ban tổ chức cung cấp

Trong năm qua, pin solid-state đã có nhiều tiến triển. Các chuỗi cung ứng từ trên xuống dưới tập trung giải quyết vấn đề giao diện giữa các lớp rắn, đề xuất nhiều giải pháp từ phía vật liệu, thiết bị sản xuất, bao gồm việc đưa ion I- vào chất điện phân LiPSCl, liên tục cải tiến thiết bị ép thủy lực, sử dụng công nghệ Phủ lớp nguyên tử (ALD) để chỉnh sửa giao diện, v.v. Khi quy trình trở nên trưởng thành và chuỗi cung ứng tiếp tục giảm chi phí, quá trình sản xuất hàng loạt pin solid-state dự kiến sẽ được thúc đẩy nhanh hơn.

Theo thông tin, hiện nay, pin solid-state đang ở giai đoạn chuyển từ phòng thí nghiệm, thử nghiệm nhỏ đến giai đoạn thử nghiệm trung gian và giao hàng.

Theo ông Xu Hàng Vũ, hiện tại, ngành công nghiệp chủ yếu vẫn tập trung giải quyết một loạt vấn đề then chốt trong quá trình sản xuất pin rắn. Về phía thiết bị công nghệ, các nhà cung cấp thiết bị đã có khả năng cung cấp mẫu thử, nhưng một số khâu vẫn cần hoàn thiện hơn nữa. Việc hệ thống thiết bị toàn bộ quy trình có thể thực sự kết nối trơn tru là trọng tâm của các cuộc đột phá tiếp theo. Đồng thời, việc giảm chi phí nguyên liệu, tích lũy kinh nghiệm sản xuất quy mô lớn đều không thể đạt được trong một sớm một chiều, cần các doanh nghiệp trong chuỗi cung ứng thực hành và thúc đẩy từng bước một.

“Các lĩnh vực như trí tuệ thể chất, điện tử y tế, và một số phân khúc khác có độ nhạy cảm về chi phí thấp hơn, có khả năng ứng dụng trước. Thời gian thương mại hóa quy mô lớn của pin solid-state vẫn còn phụ thuộc vào hiệu suất tổng thể, chi phí và thị trường. Hiện tại, khả năng các doanh nghiệp trong ngành có thể sản xuất hàng loạt pin solid-state vào năm 2030 vẫn chỉ là dự đoán, cần sự nỗ lực chung của toàn ngành,” ông Xu Hàng Vũ nhấn mạnh.

Chủ đạo theo hướng “Oxide + Polymer”

Chất điện phân rắn là vật liệu then chốt của pin solid-state. Tùy theo thành phần, có các loại chất điện phân rắn như sulfide, oxide, polymer, halide, nitride, v.v. Dựa trên các loại chất điện phân này, có thể phát triển các hướng công nghệ khác nhau.

Khi đề cập đến ưu nhược điểm của các hướng công nghệ, ông Xu Hàng Vũ cho rằng, chất điện phân sulfide có độ dẫn ion cao nhất, mang lại lợi thế về khả năng xếp hạng công suất của pin, về lý thuyết, pin solid-state sulfide có hiệu năng tổng thể tốt nhất. Tuy nhiên, chi phí của lithium sulfide tinh khiết cao, quy trình công nghệ của hướng sulfide khác biệt lớn so với pin dung môi truyền thống, đòi hỏi nhiều thiết bị tùy chỉnh, dẫn đến chi phí pin trong giai đoạn đầu sản xuất còn cao.

“Về hướng công nghệ ‘Polymer + Oxide’ hoặc các chất điện phân vô cơ khác, cốt lõi là kết hợp ưu điểm của polymer và chất điện phân vô cơ. Mặc dù khả năng dẫn ion của polymer ở nhiệt độ phòng vẫn còn cách xa so với chất điện phân dung môi truyền thống, nhưng lợi thế của nó là vật liệu nhẹ, linh hoạt, giúp giải quyết các vấn đề về giao diện giữa các lớp rắn dễ dàng hơn,” ông Xu Hàng Vũ nói.

Ngoài ra, ông còn cho biết, hướng polymer còn có lợi thế về chi phí. “Dù ban đầu, chi phí của polymer và chất điện phân oxide không thấp, nhưng với việc thúc đẩy liên tục các loại pin hỗn hợp rắn-lỏng và sự phát triển dần của chuỗi ngành pin solid-state, giá nguyên liệu của hai loại chất điện phân này đã giảm rõ rệt trong những năm gần đây. Xét về mặt chi phí, hướng chất điện phân hợp chất polymer có lợi thế cạnh tranh nhất,” ông Xu Hàng Vũ khẳng định.

Theo thông tin, Weilan New Energy chủ yếu tập trung vào hướng “Oxide + Polymer” trong phát triển pin solid-state. Để giải quyết vấn đề tiếp xúc giữa các lớp rắn, công ty đã sử dụng công nghệ “Rắn hóa tại chỗ,” có thể đạt được tiếp xúc giữa các lớp rắn ở cấp độ nguyên tử.

Nguồn hình ảnh: trang chính thức của Weilan New Energy

Ông Xu Hàng Vũ tiết lộ: “Chúng tôi cũng đang phát triển pin sulfide rắn, và đã thành lập công ty con Zhongke Chaoneng tại Thâm Quyến, chuyên trách phát triển pin sulfide rắn, hiện đã có khả năng thử nghiệm trung gian.”

Ngoài ra, Weilan New Energy còn có kế hoạch phát triển trong lĩnh vực pin hỗn hợp rắn-lỏng. “Sản phẩm pin hỗn hợp rắn-lỏng của công ty kết hợp chất điện phân oxide, polymer và chất điện phân dung môi truyền thống. Từ năm 2020, các sản phẩm pin hỗn hợp này đã lần lượt được ứng dụng trong lĩnh vực động lực nhẹ, ô tô năng lượng mới (như Nio ET7, ES6 và các dòng xe thay pin), và lưu trữ năng lượng mới,” ông Xu Hàng Vũ cho biết.

Chưa đủ điều kiện thương mại thực sự

Hiện tại, chi phí của pin hỗn hợp rắn-lỏng vẫn cao hơn pin lithium truyền thống. Tuy nhiên, quan điểm chính của ngành là, đường cong chi phí của pin hỗn hợp rắn-lỏng có thể sẽ lặp lại quỹ đạo giảm giá của pin lithium-ion trong quá khứ, duy trì xu hướng giảm liên tục.

“Trong giai đoạn đầu, giá của chất điện phân oxide, polymer và các vật liệu cực dương, cực âm thế hệ mới (như cực dương siêu cao Niken dòng 9, cực âm silicon nano carbon) còn cao, chủ yếu do quy mô ứng dụng còn hạn chế, chỉ có các lĩnh vực như drone, xe máy điện cao cấp mới có ứng dụng nhỏ lẻ,” ông Xu Hàng Vũ nhận định. “Hiện tại, pin hỗn hợp rắn-lỏng đã đạt mức xuất khẩu GWh, giá thành đã giảm rõ rệt.”

Ông giải thích thêm: “(Pin hỗn hợp rắn-lỏng) Chi phí chất điện phân tiếp tục giảm, giá các vật liệu cực mới cũng giảm theo từng năm, cộng thêm tỷ lệ chế tạo pin đạt chuẩn cao hơn, xu hướng giảm chi phí rõ ràng. Trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng, pin hỗn hợp rắn-lỏng của chúng tôi, dựa trên cực lithium-phosphate sắt và cực graphite, đã gần như tương đương về chi phí so với pin dung môi truyền thống.”

Tuy nhiên, ông cũng thừa nhận: “Quy mô toàn ngành của pin hỗn hợp rắn-lỏng vẫn còn nhỏ, phần lớn các doanh nghiệp cùng ngành, kể cả chúng tôi, còn rất xa so với các nhà sản xuất pin hàng đầu như CATL, BYD. Khả năng thương lượng nguyên liệu phía trên còn hạn chế. Nhưng trong tương lai, khi quy mô mở rộng dần, một mặt, chi phí nguyên liệu phía trên vẫn còn giảm, mặt khác, chi phí sản xuất, R&D và quản lý sẽ được phân bổ đều hơn, con đường giảm giá của hướng này rõ ràng hơn.”

Xét về biến động chi phí của pin solid-state, ông Xu Hàng Vũ cho rằng, chuỗi ngành công nghiệp của pin solid-state còn cần thời gian để trưởng thành, hiện tại công nghệ này vẫn chưa bước vào giai đoạn sản xuất hàng loạt, chưa có số liệu về chi phí sản xuất quy mô lớn. “Lấy thị trường ô tô năng lượng mới làm ví dụ, nếu chỉ dùng để thử nghiệm, ví dụ như lắp đặt thử nghiệm, có thể đạt được vào khoảng năm 2027; nhưng để thị trường chấp nhận và ứng dụng quy mô lớn hơn thì cần thời gian tối ưu liên tục dài hơn,” ông nói. “Từ thực trạng ngành, dù về mặt công nghệ đã có khả năng chế tạo pin solid-state, nhưng xét về giá trị thị trường, hiệu suất tổng thể và chi phí trong điều kiện vật liệu và thiết bị hiện tại vẫn chưa đủ sức cạnh tranh. Vì vậy, hiện tại, pin solid-state chưa đủ điều kiện thương mại hóa thực sự.”

“Pin dung môi, pin hỗn hợp rắn-lỏng và pin solid-state sẽ tồn tại lâu dài song song”

Có ý kiến cho rằng, sản xuất hàng loạt pin solid-state cuối cùng sẽ trở thành hiện thực, còn pin hỗn hợp rắn-lỏng chỉ là hình thái chuyển tiếp trong quá trình này. Dựa trên nhận định đó, một số doanh nghiệp chọn bỏ qua giai đoạn hỗn hợp rắn-lỏng, trực tiếp tập trung vào nghiên cứu phát triển pin solid-state.

Về vấn đề này, ông Xu Hàng Vũ cho biết, lợi thế của việc trực tiếp phát triển pin solid-state là mục tiêu rõ ràng, hướng đi rõ ràng, có vẻ là con đường “một bước đến đích” hiệu quả, từ góc độ đổi mới nguyên bản có vẻ tránh được những lối mòn. Nhưng từ góc độ thương mại hóa, nhiều doanh nghiệp trong nước theo hướng từng bước cũng có những lợi thế riêng.

“Ví dụ, Weilan từ khi thành lập năm 2016 đã chọn chuyển dần từ pin hỗn hợp rắn-lỏng sang pin hoàn toàn rắn, dựa trên cân nhắc thận trọng về kiểm soát chi phí và độ trưởng thành của chuỗi ngành. Nếu không có nền tảng công nghiệp tích lũy từ giai đoạn hỗn hợp rắn-lỏng, thì sự nhiệt huyết và niềm tin của toàn ngành vào pin solid-state hiện nay có thể sẽ giảm sút đáng kể. Dù sao, cách đây tám chín năm, rất ít doanh nghiệp dám đề ra mục tiêu thương mại hóa pin solid-state trong nước,” ông Xu Hàng Vũ thẳng thắn.

Nguồn hình ảnh: trang chính thức của Weilan New Energy

Ông còn nói thêm, từ góc độ truyền thừa chuỗi ngành, pin solid-state có thể kế thừa nhiều thành quả công nghệ và hệ thống vật liệu của pin hỗn hợp rắn-lỏng. “Trong lĩnh vực chất điện phân, các công nghệ phát triển như oxide và polymer, cùng các ứng dụng liên quan, đã tiến triển trong giai đoạn hỗn hợp rắn-lỏng, các cực silicon và chất kết dính phù hợp cũng đã dần trưởng thành,” ông Xu Hàng Vũ cho biết.

“Về vật liệu cực dương, các vật liệu mới có năng lượng cao như dòng Niken siêu cao dòng 9, cùng với sự phát triển của drone, ô tô năng lượng mới cao cấp và pin hỗn hợp rắn-lỏng, đã mở rộng quy mô và tối ưu hóa chi phí,” ông Xu Hàng Vũ nhận định. “Sự tích lũy dần của chuỗi ngành đã tạo nền tảng vật chất không thể thiếu cho việc thương mại hóa công nghệ pin solid-state cuối cùng.”

Ông cũng thừa nhận, trước khi pin solid-state thực sự được thương mại hóa, hiệu suất tổng thể và chi phí vẫn còn nhiều bất định. Ngược lại, pin hỗn hợp rắn-lỏng đã khá trưởng thành, hiện đã thể hiện rõ lợi thế khác biệt so với pin dung môi truyền thống trong một số lĩnh vực, tạo ra sự cạnh tranh hợp lý. “Xét về tương lai thị trường, không đơn thuần là thay thế lẫn nhau.”

“Cấu trúc công nghệ trong tương lai rất có thể sẽ là sự tồn tại lâu dài của cả ba loại: dung môi, hỗn hợp rắn-lỏng và solid-state. Ba công nghệ này sẽ dựa trên đặc điểm riêng của từng loại, xác lập lợi thế khác biệt trong các ứng dụng khác nhau. Ví dụ, ngành hàng không điện năng lượng lớn yêu cầu tiêu chuẩn cao về mật độ năng lượng, công suất và an toàn, các loại pin truyền thống hoặc hỗn hợp rắn-lỏng vẫn chưa thể đáp ứng được những yêu cầu này,” ông Xu Hàng Vũ kết luận.