Tìm hiểu về pin xe điện, ô tô điện đang sử dụng pin gì?

Các hãng xe điện có thể hướng đến những mục tiêu cụ thể khi chọn dạng hình pin nào để đâm vào xe của họ, và dùng các công nghệ dị biệt để bù đắp cho các điểm yếu của vẻ bên ngoài pin đó.

Với phần nhiều loài người thì tàu điện vẫn là một vẻ bên ngoài phương luôn tiện di chuyển còn quá mới mẻ. Nhưng mà “trái tim” của sự di chuyển – viên pin năng lượng lại là một phạm trù còn mới mẻ rất nhiều. Chúng ta cùng khám phá kỹ hơn về pin ô tô điện và ngày mai phát triển của năng lượng này trong ngày mai.

Pin sử dụng trên tàu điện là pin gì?

Hãy bắt đầu từ những khái niệm cơ bạn dạng nhất về pin. Xe điện, tất nhiêntuy nhiên, sài pin Lithium-ion. Nếu ta hỏi: “Xe này sài pin gì?”, cố nhiên câu giải đáp hiện nay sẽ là: “Lithium-ion”. Điện thoại, máy tính bảng, máy cạo râu hay thậm chí là máy khoan cầm tay cũng đều sử dụng pin Lithium-ion. Vậy đích thực định nghĩa pin lithium-ion (Li-ion) có ám chỉ rằng viên pin trên máy tính bảng cũng giống như trên xe điện hay không?

Có thể bạn quan tâm: » Bertha Benz – người phụ nữ đầu tiên lái xe ô tô trên thế giới

Hãy trở lại cấu thành lập của pin lithium-ion: Li-Ion sinh hoạt trên biện pháp luận bàn ion Li giữa 2 điện cực để sạc, xả điện, và sài một dung căn bệnh điện ly làm môi trường.

Việc các nhà xuất bản pin dùng vật liệu gì cho 2 đầu cực (Niken, Graphite, Silicon,…) hao hao dung căn bệnh điện ly sẽ có ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu năng, tuổi thọ, độ bình yên, kích tấc pin, bản lĩnh lưu trữ năng lượng, chi tiêu desgin…



Sự câu kết các thành phần hóa học trong pin sản xuất ra nhiều vẻ bên ngoài pin Li-Ion nổi bật nhau:

• Cobalt Oxide (LCO)
• Lithium Manganese Oxide (LMO)
• Lithium Iron Phosphate (LFP)
• Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC)
• Lithium Nickel Cobalt Aluminium Oxide (NCA)
• Lithium Titanate (LTO)



Hình ảnh phía trên biểu diễn tác dụng của các phong cách pin này dựa trên các yếu tố:

• Khả năng lưu trữ điện
• Hiệu năng
• Khả năng phóng thích điện năng ngay tức thì
• Giá thành
• Độ cẩn trọng
• Vòng đời (sạc bao nhiêu lần thì chai pin?)

Tất nhiên, các hãng xe có thể hướng đến những mục tiêu chi tiết khi chọn giao diện pin nào để đâm vào xe của họ, và sài các công nghệ dị thường để bù đắp cho các điểm yếu của phong cách pin đó.

Ví dụ, các hãng xe lớn sẽ đầu bốn nhiều tiền cho dòng pin có khả năng mang đến hiệu suất vượt trội, đi kèm theo đó là hệ thống quản lý nhiệt năng để giảm thiểu xui xẻo ro của việc pin tự hao hụt, na ná quản lý sạc làm sao để tiếp tục tuổi thọ cho viên pin.



Pin, tương tự các công nghệ kì cục được dùng trên xe điện, thành lập ra nhiều cách thức không giống nhau nhau mà chúng ta sẽ tức tốc nhận ra khi dùng xe, khoác dù chúng ta không hiểu mấy về nó.

Một chiếc xe chung chạy được 300km bỗng dưng nhiên bữa nay hết pin ở 220km; 2 xe có cùng dung lượng pin lại có 1 chiếc chạy được gấp đôi chiếc kia; có những chiếc xe bị chai pin sau vài trăm lần sạc, trong khi những chiếc dị biệt sạc cả vài ngàn lần vần không sao và còn muôn vàn qui định “kỳ lạ” khác lại.



Một điều hiển nhiên là không tồn tại hãng xe nào chia sẻ công nghệ cụ thể về pin mình làm ra, kiêm toàn đều sẽ gói gọn vì thuật ngữ “Li-ion”. Sẽ mất khá nhiều thời gian để chúng ta hiểu được và cảm thu được sự khác biệt của những thứ hạng pin này, tuy nhiên, điều có thể bền vững là luôn có những hình dáng pin có giá 300usd/1kWh, nhưng có những hình trạng trên 1000usd/kWh, và chúng thật sự khác thường nhau.



Năm 2019, ba nhà khoa học John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham, Akira Yoshino đã nhận giải Nobel Hóa Học bởi các thành phầm trong học hỏi phát triển pin Li-ion. Điều này đem lại một tương lai đầy hứa hẹn hứa hẹn cho không chỉ xe ô tô điện mà lại còn cho khái quát những vũ trang dùng pin Đặc trưng trong xã hội sang trọng.

Tất nhiên, việc khám phá pin luôn được tài trợ do các hãng xe và các mẫu tàu điện thế hệ nhất sẽ là những vật phẩm đầu tiên thừa hưởng các thành công mới số 1. Chỉ trong vài năm Gần đây, các tàu điện mới mới đã nâng khoảng cách di chuyển từ gần 200km lên gấp đôi, và thậm chí là gấp 3.



Có lẽ các kỹ sư sẽ sớm tìm ra phương thức để tàu điện có thể chạy xa hơn rất là nhiều so với hiện tại trong tương lai gần. Ngay bây chừ, nhiều nhà khoa học đang học hỏi tới tác dụng thay pin trên EV bằng 1 định nghĩa kì cục: Siêu tụ điện (ultra capacitor).

Tương lai của siêu tụ điện (ultra capacitor)

Pin lưu trữ điện dựa trện phản động lại hóa học, và bị mất đi thuộc tính lưu trữ sau nhiều lần sạc, hay còn gọi là chai pin. Đối với pin Li-ion thì tuổi thọ thường nằm trong khoảng từ vài trăm đến hơn 2.000 lần sạc tùy hình dáng.

Các xe điện thanh nhã đều được phần mềm các điều khoản tăng tuổi thọ pin, cụ thể như không để pin rơi vào trạng thái hết sạch, quản lý nhiệt độ và dòng điện… các hiện tượng này giúp viên pin phổ thông có tuổi thọ từ 4 đến 10 năm sài.

Chính vì tuổi thọ pin phụ thuộc vào số lần sạc, nên có nhẽ chúng ta không nên mua những chiếc tàu điện có quãng đường đi được ngắn, do ngoài việc mất thời gian sạc thì số lượng lần sạc sẽ nhiều hơn các xe có viên pin đi được dài.

Cũng chính bởi vì số lượng lần sạc và xả quyết định tuổi thọ của pin, nên pin Li-thium sử dụng trên xe Hybrid – kiểu xe nhưng mà mỗi khi tăng tốc thì động cơ điện hoạt động, và khi phanh thì lại nạp vào nạp – hiển nhiên sẽ nhanh hỏng rất là nhiều các xe thuần điện.

Điều này đã dẫn đến một thử thách với các nhà khoa học, đó là phải xây cất ra được một viên pin có tính năng nạp/xả liên tục mà lại không hỏng. Siêu tụ điện (Supercapacitor) là khái niệm lưu trữ năng lượng cực kỳ thế hệ mẻ đang được áp dụng cho các dòng xe Hybrid.



Nguyên lý cơ bạn dạng của tụ điện (capacitor) là lưu trữ điện năng trực tiếp, như việc đổ xăng vào bình. Những điểm yếu hiện thời là nhân tài tích trữ không cao như Pin Li-ion, ví dụ 1kWh cần khối lượng pin nặng tầm 10kg, với tụ điện sẽ gấp ít số 1 gấp 5 đến 10 lần khối lượng.

Bù lại, năng lượng tức thời nhưng tụ điện có thể giúp sức Khủng gấp 10 lần pin. Chính vì vậy, tụ điện có thể gây ra ra công suất lập tức lớn rất nhiều lần so với pin Li-ion. Hình như, ưu điểm mập Khủng của tụ điện là kĩ năng làm việc dẻo dai gấp hàng trăm ngàn lần so với pin Li-ion.



Pin kết liên Siêu tụ – được hiểu là sự liên hiệp giữa pin Li-ion và tụ điện, và hiện thời nó bắt đầu thông thường trên xe Hybrid. Tính chất của pin siêu tụ đáp ứng rất tốt cho dạng xe này. Mặc dù giá thành siêu tụ so với pin Li-ion to hơn nhiều lần, mà lại nhu cầu về dung lượng nhỏ xíu trên xe Hybrid giúp cho việc này trở thành khả thi hơn.

Năm 2019, Elon Musk mua mảng kinh doanh siêu tụ điện và thương hiệu Maxwell Technology, với dự định sử dụng công nghệ điện cực khô cho tế bào pin vì Maxwell phát triển, kiến tạo nên các cục pin cho xe Tesla.

Sự phát triển của các công nghệ lưu trữ điện năng phát triển nhanh kinh khủng, và nếu các hãng xe thực sự muốn một viên pin chạy xa và nhanh hơn, họ sẽ làm được việc đó tiện lợi bằng việc chi thật nhiều tiền!



Hai yếu tố ngăn cản hiện giờ để nó trở nên chung trên tàu điện là giá thành đắt và khối lượng quá to. Pin siêu tụ hiện tại đã được vũ khí cho các xe đắt tiền như xế hộp V12 Lamborghini Sian, xe đua Formula 1, xe đua Lemans… và thậm chí là cả Mercedes C-Class 2022.

Bosch một hãng công nghệ nhất nhân loại vừa cho hình thành thế hệ pin mới dành cho xe Hybrid, chỉ nặng có 7kg, độ chất lượng vô đối, sẵn sàng phục vụ cho 15 triệu chiếc xe hybrid dùng nền tảng điện 48v sẽ xuất xưởng từ nay đến năm 2030.

Motorsport – “phòng thí điểm” của pin năng lượng

Motorsport (đua xe thể thao) được mệnh danh là “phòng thử nghiệm bự” đối với các công nghệ áp dụng trên xe thương nghiệp. Với Formula 1, công nghệ Hybrid đã từng được phần mềm đại trà trong việc kiến thiết xe thương mại. Còn hiện giờ hãy nhìn vào bộ môn đua tàu điện Formula E.

Thoạt đầu bộ môn này có vẻ khá giống game máy tính, khi các tay đua chạy chưa đến đích thì hết pin, chấm dứt xả thân… đổi 1 cái xe thế hệ chạy tiếp. Nhưng ở thế hệ thứ 2, công nghệ pin đã biến game này thành cuộc đua đường phố thật sự.

2019 là năm lưu lại sự biến đổi lớn phệ này, thế hệ Pin dành cho xe Fomula E có dung lượng 54kWh và khối lượng 385kg, viện trợ đủ năng lượng để những chiếc xe có thể chạy toàn thể một cuộc đua. Sự thay đổi về khả năng lưu trữ điện của pin không phải là yếu tố duy số 1 để những chiếc xe trở thành dũng mạnh hơn, nhưng nó là nền tảng để nâng cao cường độ, vận tốc và hiệu suất của những chiếc xe đua Formula E.



Ngày nay, pin tàu điện dân dụng có tỷ lệ khối lượng ở khoảng 9 -10kg cho 1kWh, mà từ năm 2019, tỷ trọng này ở pin xe đua Formula E đã là 7kg/kWh. Sự chênh lệch tỷ lệ này phần nào phản ánh chất lượng, kĩ năng và giá thành của những hình dạng pin thêm trên xe điện, bởi vì lẽ chìa khóa của việc xe điện trở thành tốt hơn nằm ở chính trọng lượng của nó. Một số các xe “hàng hiệu” hơn đang được vũ trang các viên pin đạt tỷ lệ 6 -7kg/ kWh.

Năm 2022, thế hệ thứ 3 của Formula E đã ứng dụng giao diện pin thế hệ, chỉ nặng 285kg với dung lượng 51kWh. Con số tỉ lệ lúc này đã là 5,6kg/kWh. Bộ pin này được hãng Williams Advanced Engineering phụ tá cho toàn bộ các đội đua.

Ban doanh nghiệp giải đua thưởng thức các đội đua chỉ sử dụng một vẻ bên ngoài pin duy hàng đầu để xác thật tính công bằng, tránh việc các hãng xe to phong lưu hơn nắm lấy ưu thế về phát triển pin riêng. Bộ pin này khiến cho thế hệ xe Formula E mới có vận tốc cao hơn và công suất dũng mạnh hơn rất nhiều, và hẳn nhiên, vẫn vững bền đi đến cuối cuộc đua.

Ngoài ra từ nay các đội đua có thể dùng bộ sạc siêu nhanh công suất 600kW trong thời gian 30s, dự kiến sẽ nạp được 4kWh vào khối pin. Với hệ thống sạc này, việc sạc 80% dung lượng pin sẽ diễn ra trong vòng chưa đầy 5 phút.

Theo báo cáo từ William thì, khối pin thế hệ này “là tổ hợp của các khối pin dung lượng lớn, và các khối pin giúp đỡ công suất lập tức mập”. Vấn đề này thì đây có phải là Siêu tụ – hay 1 giao diện pin khác thường? Nếu nhìn lại các xe đua Formula 1, thì khối pin dành cho hệ thống hybrid trên xe đua F1 cũng có mức sử dụng kết hợp tương tự.

Tế bào pin – mai sau của chuyển động

Porsche Taycan là một chiếc tàu điện vô cùng đam mê, thuận lợi bởi vì vì ở đó tập trung rất nhiều công nghệ tiền tiến và hãng xe thì lại khá “tháo dỡ mở” đối với các biết tin thuộc phạm trù kỹ thuật. Tuy nhiên, việc khám phá về mẫu xe này tốn khá nhiều thời gian và không phải ai cũng thích đắm chìm trong mớ lý thuyết tài liệu kỹ thuật.

Theo Yahoo Finance, năm 2021, Elon Musk phát biểu:

“Việc đoàn kết silicon vào cực dương của pin Li-ion có chức năng cải thiện mật độ năng lượng lên đôi mươi-40%, mở rộng phạm vi hoạt động tối đa của phương luôn thể lên đôi mươi%. Tuy nhiên, việc chế kiến thiết ra laoij pin này lại không hề tiện dung”.

Trước đó, năm 2019, Porsche Taycan đã ra mắt công nghiệp sex với khối pin nặng 630kg, dung lượng 93kWh, đạt tỉ lệ trọng lượng/ dung lượng của pin là 6,8kg /kWh. Pin của Taycan chính là dạng Lithium Silicon Anode.

Cùng thời gian này, Formula E cũng ra mắt xe mới thứ 2, sài pin Lithium Silicon Anode có dung lượng 54kW, trọng lượng 385kg. Về tỷ trọng trọng lượng/dung lượng, xe Formula E đang tương tự Taycan (7kg/1kW).

Năm 2022, Elon Musk tuyên bố chỉ vài năm nữa các viên pin sẽ có tỷ lệ 2-2,5kg/kWh. Hình như đó, ông chủ đội đua của Porsche, Thomas Laudenbach, bộc bạch mong muốn Formula E cho phép các đội đua tự phát triển pin của riêng mình, ngoại giả điều này bị khước từ, nhằm duy trì sự công bằng trong đua xe.



Có thể bạn quan tâm: » 6 cách giấu hình ảnh phản chiếu của máy quay trong mắt diễn viên

Mặc dầu vậy, Porsche vẫn sản xuất tế bào pin hiệu năng cao (High performance Battery) với nhà đầu tư BASF- một đơn vị tại Đức có bộ máy R&D khôn xiết bạo phổi trong việc phát triển vật liệu dành cho pin – chăm chú Cellforce Group. Dự án này sẽ cho ra mắt một đẳng cấp pin riêng dành cho xe thể thao của Porsche vào năm 2024.

Michael Sterner, thành viên Ban Điều hành, Nghiên cứu và Phát triển của Porsche đã nói về quyết định này:

“Ngày nay, các hãng tàu điện quan yếu mua lại hay sài bản quyền thiết kế công nghệ lõi từ những chiếc xe điện thể thao hiệu suất cao. Do đó, chúng tôi buộc phải tự phát triển nó. Chúng tôi tự phát triển và chế tạo công nghệ chẳng thể của tương lai: tế bào pin. Điều tiện dung là chúng tôi đã có lần trước hết thí nghiệm công nghệ cao mới này trong môi trường cạnh tranh số 1 – đua xe thể thao. Từ đó, chiếc xe thể thao chạy điện của chúng tôi – Porsche Taycan – đã được thừa hưởng những phát triển chẳng thể và các tuấn kiệt kỹ thuật nhất từ đường đua, chi tiết là từ chính chiếc Porsche 919 Hybrid đã giành giải Le Mans ”.

Porsche luôn cho rằng: “Battery cells are the combustion chamber of the future” (tế bào pin chính là buồng đốt của ngày mai).

Có thể bạn quan tâm: » Khám phá phòng trưng bày nghệ thuật ảo và tương tác xã hội trong Metaverse

Theo Vinh Nguyễn, Whatcar.