Điều gì sẽ xảy ra nếu công ty sản xuất pin lớn nhất thế giới vừa công bố loại pin có chi phí chỉ 10 USD mỗi kWh, không phải mức trung bình 100. Mức giảm lên đến 90% này được xem là một bước đột phá khó tin. Điều đáng chú ý là công nghệ này không dựa trên một loại hóa học pin (battery chemistry) (1) mới lạ nào, mà sử dụng natri, chính là nguyên tố có trong muối ăn thông thường.
(1) Hóa học pin là cách gọi loại vật liệu và phản ứng điện hóa được sử dụng bên trong pin để lưu trữ và giải phóng năng lượng.

Tuy nhiên, điều này lập tức đặt ra một câu hỏi quan trọng: tại sao CATL – công ty sản xuất pin lithium nhiều nhất thế giới và đang dẫn đầu trong cuộc đua lithium, lại chuyển hướng sang một công nghệ từng bị xem là kém hiệu quả trong nhiều thập kỷ? 

Trong bài viết lần này, ban biên tập technologyMAG chia sẻ video của kênh Undecided with Matt Ferrell, nói về hai giải pháp pin mới đến từ CATL, công ty sản xuất pin đứng đầu thế giới, có trụ sở tại thành phố Ninh Đức (Ningde), tỉnh Phúc Kiến, Trung Quốc.

Pin natri – từ “kẻ yếu thế” đến ứng viên thay đổi ngành công nghiệp
Hệ thống pin natri (sodium battery) mới của CATL mang tên Naxtra xuất hiện trong bối cảnh pin natri từ lâu bị xem là lựa chọn kém cạnh tranh. Chúng có mật độ năng lượng thấp hơn, vòng đời ngắn hơn, và dù natri rất dồi dào, chi phí sản xuất vẫn cao do các vấn đề về hiệu suất và quy trình chế tạo. Đây là một nghịch lý quen thuộc như việc nước đang bao phủ phần lớn bề mặt Trái Đất nhưng nước đóng chai vẫn được bán với giá cao.

Trong khi đó, pin lithium đã giảm giá mạnh trong 16 năm qua, từ mức 1.415 USD/kWh năm 2008 xuống khoảng 115 USD/kWh vào năm 2024, tương đương mức giảm 92%. Ngưỡng 100 USD/kWh từ lâu được xem là cột mốc quan trọng, nơi xe điện có thể cạnh tranh chi phí với xe xăng và hệ thống lưu trữ điện gia đình trở nên phổ biến. Việc CATL tuyên bố đạt mức chi phí 10 USD/kWh cho thấy một bước nhảy vọt vượt xa tiến trình cải tiến thông thường của ngành.

Nguyên lý hoạt động và lợi thế an toàn của pin natri
Về nguyên lý, pin natri hoạt động tương tự pin lithium. Hệ thống bao gồm hai điện cực đóng vai trò như nơi “lưu trữ” của các ion. Khi sạc, ion natri di chuyển từ điện cực này sang điện cực kia để lưu trữ năng lượng; khi xả, chúng quay trở lại, giải phóng năng lượng để cung cấp điện cho thiết bị.

Ưu điểm nổi bật của pin natri nằm ở độ an toàn. Chúng ít có nguy cơ cháy nổ hơn đáng kể so với pin lithium, giúp giảm rủi ro liên quan đến hiện tượng quá nhiệt trong thiết bị điện tử và xe điện. Tuy nhiên, nhược điểm của natri vẫn rất rõ ràng: Mật độ năng lượng thấp hơn và số chu kỳ sạc xả ít hơn, khiến chúng kém phù hợp với các ứng dụng yêu cầu hiệu suất cao và tuổi thọ dài.

Nghịch lý tài nguyên và thách thức chi phí
Một điểm đáng chú ý là natri phổ biến hơn lithium khoảng 1.000 lần, với nguồn cung gần như vô hạn từ nước biển. Tuy nhiên, pin natri vẫn không thể cạnh tranh về giá trong suốt thời gian qua do các hạn chế trong sản xuất và hiệu suất. Điều này khiến tuyên bố 10 USD/kWh của CATL trở nên đặc biệt đáng chú ý và đặt ra câu hỏi về cơ chế giúp họ đạt được bước tiến này.

Naxtra – thiết kế và khả năng vận hành trong điều kiện khắc nghiệt
Hệ thống Naxtra được phát triển với hai phiên bản, một dành cho xe tải hạng nặng (heavy-duty truck) sử dụng hệ thống khởi động – dừng 24V và một dành cho xe điện chở khách (passenger electric vehicle). Cả hai cùng sử dụng nền tảng công nghệ giống nhau nhưng được tối ưu hóa cho từng ứng dụng cụ thể.

Một trong những điểm nổi bật nhất là khả năng hoạt động trong dải nhiệt độ cực rộng từ -40°C đến 70°C, đồng thời vẫn duy trì 90% công suất khả dụng ngay cả trong điều kiện lạnh giá. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các khu vực như miền bắc Trung Quốc, Siberia, Nga và Mông Cổ, nơi điều kiện thời tiết khắc nghiệt từ lâu đã hạn chế khả năng triển khai xe điện. Công nghệ này có thể mở ra khả năng điện hóa tại những thị trường trước đây gần như không khả thi.

Độ bền và vòng đời vượt trội
CATL tuyên bố pin Naxtra có thể đạt hơn 10.000 chu kỳ sạc xả, cao hơn đáng kể so với mức 3.000 đến 4.000 chu kỳ của pin LFP trước khi dung lượng giảm xuống dưới 80%. Trong thực tế, pin xe điện thông thường có thể suy giảm đáng kể sau khoảng 200.000 dặm (khoảng 321.869 km), trong khi với 10.000 chu kỳ, Naxtra có thể đạt tới khoảng 3,6 triệu dặm (khoảng 5.793.638 km) trước khi giảm xuống dưới 85% dung lượng.

Điều này thay đổi cách nhìn về pin, từ một linh kiện tiêu hao trở thành một loại hạ tầng năng lượng có tuổi thọ rất dài.

Hiệu suất và phạm vi hoạt động
Về hiệu suất, Naxtra đạt mật độ năng lượng khoảng 175 Wh/kg, gần với mức 185 Wh/kg của pin LFP, dù vẫn thấp hơn so với các hệ pin lithium cao cấp sử dụng niken với mức 250 đến 300 Wh/kg.

Theo CATL, điều này cho phép xe điện đạt phạm vi hoạt động khoảng 500 km mỗi lần sạc, đáp ứng phần lớn nhu cầu di chuyển hàng ngày, đặc biệt trong môi trường đô thị và ngoại ô.

Freevoy – hệ thống pin lai đa hóa học
Bên cạnh Naxtra, CATL còn phát triển hệ thống Freevoy, một giải pháp kết hợp nhiều loại hóa học pin trong cùng một bộ pin. Hệ thống này tích hợp LFP, NMC và pin natri, cho phép chuyển đổi linh hoạt giữa các loại tùy theo điều kiện vận hành.

Thiết kế này bao gồm việc tối ưu tỷ lệ cell và cấu hình kết nối – từ hỗn hợp đến nối tiếp và song song, nhằm cải thiện khả năng chịu nhiệt và hiệu suất tổng thể. Ngoài ra, phần pin natri còn được sử dụng làm tham chiếu để hiệu chỉnh trạng thái sạc của pin lithium, giúp tăng độ chính xác và mở rộng phạm vi hoạt động thêm hơn 10 km.

Chiến lược kết hợp ưu điểm của nhiều công nghệ
Giá trị cốt lõi của Freevoy nằm ở việc tận dụng điểm mạnh của từng loại hóa học pin. Natri đảm nhiệm hiệu suất trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt, trong khi lithium cung cấp mật độ năng lượng và phạm vi hoạt động cao hơn. Hệ thống có thể thích ứng linh hoạt với các điều kiện vận hành khác nhau như thời tiết lạnh, hành trình dài hay môi trường nhiệt độ cao trong đô thị.

Những thách thức còn tồn tại
Dù có nhiều điểm hứa hẹn, pin lithium vẫn có lợi thế lớn nhờ công nghệ trưởng thành, chuỗi cung ứng hoàn thiện và quy mô sản xuất lớn. Trong ba năm gần đây, giá lithium tiếp tục giảm thêm khoảng 70% do tình trạng dư cung, khiến lợi thế chi phí của natri bị suy yếu đáng kể.

Bên cạnh đó, CATL chưa công bố mức giá cụ thể cho các sản phẩm thương mại, khiến con số 10 USD/kWh vẫn chưa được kiểm chứng. Việc thiếu thông tin kỹ thuật chi tiết về quy trình sản xuất cũng làm gia tăng sự hoài nghi về tính khả thi của bước đột phá này.

Thách thức mở rộng quy mô và bài toán kinh tế
Pin natri còn đối mặt với một vấn đề mang tính cấu trúc: Cần sản xuất với quy mô lớn để giảm chi phí, nhưng lại cần chi phí thấp để đạt được quy mô đó. Đây là một vòng lặp khó phá vỡ. Các chuyên gia cho rằng ngành pin natri hiện vẫn quá nhỏ để tận dụng lợi thế kinh tế theo quy mô như pin lithium đã làm được.

Mức độ sẵn sàng công nghệ và triển khai thực tế
Dù vậy, công nghệ của CATL đang tiến gần đến giai đoạn thương mại hóa hoàn chỉnh. Công ty đã sản xuất pin natri trong nhiều năm và hiện đã đạt được khả năng sản xuất hàng loạt. Một lợi thế quan trọng là pin natri có thể được sản xuất bằng các dây chuyền tương tự pin lithium-ion, cho phép tận dụng hạ tầng hiện có thay vì phải xây dựng từ đầu.

Hệ thống Freevoy cũng đang được triển khai thực tế, với khoảng 30 mẫu xe từ các hãng như Geely, Chery, GAC và Voyah dự kiến ra mắt trong năm nay. Đây không còn là các nguyên mẫu thử nghiệm mà là sản phẩm thương mại thực tế.

Tác động thị trường và vị thế của CATL
CATL hiện chiếm khoảng 38% thị phần pin xe điện toàn cầu và đã cung cấp pin cho hơn 18 triệu phương tiện. Với mạng lưới đối tác rộng lớn, bất kỳ công nghệ mới nào do công ty giới thiệu đều có khả năng được ngành công nghiệp nhanh chóng tiếp nhận.

CEO của CATL cũng từng tuyên bố rằng pin natri có thể chiếm tới một nửa thị trường pin trong tương lai, cho thấy đây không chỉ là dự đoán mà là định hướng chiến lược dài hạn.

Triển vọng và những điều cần kiểm chứng
Một cách lạc quan, nếu mức giá 10 USD/kWh trở thành hiện thực, ngành năng lượng sẽ chứng kiến một sự thay đổi mang tính nền tảng. Xe điện không chỉ đạt ngang bằng chi phí với xe xăng mà còn có thể rẻ hơn đáng kể. Lưu trữ năng lượng tại gia đình có thể trở thành tiêu chuẩn phổ biến thay vì sản phẩm cao cấp, và lưu trữ quy mô lưới điện có thể phát triển mạnh mẽ.

Ngay cả khi chi phí thực tế nằm trong khoảng 40 đến 50 USD/kWh, tác động vẫn sẽ rất lớn, giúp pin trở nên đủ rẻ để triển khai rộng rãi và làm thay đổi hoàn toàn bài toán kinh tế của năng lượng tái tạo.

Để xem các tin bài khác về “CATL”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Undecided with Matt Ferrell