Cuộc chạy đua để tiến xa hơn lithium-ion



DON Hillebrand, một người kỳ cựu của ngành công nghiệp xe hơi Mỹ, có một công việc hấp dẫn. Trong một nhà kho tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne - được ra đời từ việc Đại học Chicago tham gia Dự án Manhattan - ông mổ xẻ những chiếc xe hơi, xe tải nước ngoài và pin lithium-ion để khám phá bí mật công nghệ của họ và chia sẻ chúng với chủ của mình, Bộ Năng Lượng Hoa Kỳ, và những người bạn của họ ở Tam Trụ (Big Three - Ford, General Motors, Chrysler - Ba ông lớn của ngành công nghiệp xe hơi Hoa Kỳ).

Những kỹ sư của ông tháo toang các động cơ của một chiếc Honda mới để mổ xẻ các công nghệ tiết kiệm năng lượng của nó và sau đó "phân tích cấu tạo" nó để chắc chắn rằng họ đã thấu hiểu vấn đề. Họ cũng làm điều tương tự với pin lithium-ion, mặc dù họ hiếm khi tháo dỡ nó hoàn toàn. Và khi làm, họ làm điều đó trong phòng chống cháy nổ, ông Hillebrand cười khúc khích.


Phần lớn các khoa học về pin xuất phát từ Mỹ (trớ trêu thay, nó xuất phát từ các phòng thí nghiệm của Exxon Mobil, công ty dầu khí lớn nhất của Mỹ), nhưng nó lại được Sony của Nhật Bản thương mại hóa lần đầu tiên vào năm 1991. Mỹ hiện đang chạy đua để bắt kịp Nhật Bản và Hàn Quốc, hai kẻ dẫn đầu, mặc dù Trung Quốc cũng là một đối thủ cạnh tranh mạnh mẽ. "Những người châu Á đi trước chúng ta mười năm,” ông Hillebrand nói.

Steve LeVine, trong cuốn sách The Powerhouse của ông , mô tả đó là "cuộc chiến về pin vĩ đại”. Và một chiến thắng có thể không chỉ cách mạng hóa giao thông, nó có thể gây ra cuộc khủng hoảng dầu mỏ lớn nhất của mọi thời đại. Mỹ đang thắng trong một số cuộc đụng độ; ví dụ, các nhà khoa học Argonne chế tạo ra cực âm niken-coban-mangan, được sử dụng trong xe lai điện Chevy Volt. Nhưng những ủng hộ của Bộ Năng Lượng lại bị chi phối, việc muốn pin phát triển đồng nghĩa với việc khiến ngành công nghiệp dầu phá sản, và nó còn có các ngành công nghiệp năng lượng khác để nuôi dưỡng, đặc biệt là dầu mỏ và khí đốt tự nhiên.

Ông Hillebrand tin rằng sẽ còn nhiều thập kỷ trước khi pin đánh bật dầu khỏi hỗn hợp năng lượng, đặc biệt là nếu giá dầu vẫn ở mức thấp. (Một trong những nhà khoa học cao cấp (làm việc cho ông Hillebrand), Amgad Elgowainy, lái chiếc Volt, nhưng nói rằng với xăng ở giá 2 đô la một gallon, ông thích đổ đầy xăng hơn là sạc nó.)

Tuy nhiên, ở một bộ phận khác tại Argonne, được gọi là JCESR (Trung tâm hợp tác nghiên cứu lưu trữ năng lượng), các nhà khoa học đang cố gắng tiến xa hơn lithium-ion để pin có thể chứa năng lượng gấp năm lần (có nghĩa là nhỏ hơn và nhẹ hơn) ở mức chỉ một phần năm chi phí. Các nhà khoa học thử các vật liệu khác nhau cho cực dương, cực âm và điện giải và thí nghiệm những phát hiện của họ qua nhiều chu kỳ xả và nạp trong nỗ lực để sản xuất pin an toàn hơn và hiệu quả hơn.

George Crabtree, giám đốc JCESR, cho biết một trong những mục được yêu thích hiện nay là một pin lithium-sulphur, mặc dù vẫn còn nhiều điều phải làm  để nó tăng chu kỳ sạc. Mục đích là tạo ra pin cho xe điện, cho dù có sử dụng lithium hay không, với chi phí dưới 100 đô la một kilowatt giờ, để cung cấp năng lượng một chiếc xe được bán với giá 20,000 đô la. Bất chấp những nỗ lực của Tesla, ông nghi ngờ rằng pin lithium-ion có thể đạt được điều đó. "Với giá dầu thấp như hiện tại giá pin thậm chí phải thấp hơn nữa mới được xem là một sự biến đổi," ông nói. Một số người cũng lo lắng rằng việc sản xuất lithium (ảnh) ở Nam Mỹ và những nơi khác có thể không đủ để hỗ trợ cho một cuộc cách mạng giao thông. Nhưng nỗi sợ hãi rằng lithium (ở mức) cao điểm có thể đến sớm hơn dự kiến, như (đã từng với) dầu cao điểm.