"Huyền thoại ngành pin" người Nhật phát minh pin polymer mới, an toàn và rẻ hơn 90%, sẽ sản xuất hàng loạt trong đầu năm tới

Pin lithium-ion chính là "Mặt Trời" cung cấp sự sống cho hệ sinh thái đồ điện tử toàn cầu, từ chiếc smartphone vừa lòng bàn tay cho tới xe tự hành có tiềm năng loại bỏ hoàn toàn sự can thiệp của tài xế.

Cũng là lẽ tự nhiên khi mọi đột phá về pin đều thu hút được sự chú ý, nhưng khi cá nhân đã từng giúp thương mại hóa pin lithium-ion nói rằng ông có cách giảm 90% giá sản xuất hàng loạt pin và cải thiện mức độ an toàn của "quả bom nổ chậm", chúng ta biết rằng ngành công nghệ đang đứng trước bước ngoặt.

Pin lithium-ion.

Hideaki Horie, cựu nhân viên của Nissan Motor với tấm bằng thạc sĩ vật lý và kinh nghiệm chế tạo pin nhiều năm trời, dự định làm ra loại pin làm hoàn toàn từ polymer. Đầu năm nay, công ty APB Corp do ông Horie thành lập đã nhận được vốn từ những cái tên lớn như tập đoàn Obayashi, nhà sản xuất thiết bị công nghiệp Yokogawa Electric Corp và công ty làm sợi carbon Teijin.

"Vướng mắc trong sản xuất pin lithium hiện nay nằm ở chính những thứ tạo nên nó, như chất bán dẫn chẳng hạn. Mục đích của chúng tôi là biến [quá trình sản xuất pin] giống hơn với mô hình dây chuyền sản xuất thép công nghiệp", ông Hideaki Horie trả lời phỏng vấn.

Hideaki Horie

Việc làm nên khoang - cell năng lượng, đơn vị cơ bản của mọi viên pin, vô cùng phức tạp và yêu cầu điều kiện khắt khe: phòng kín với độ ẩm nhất định, hệ thống lọc phải hoạt động ở mức chính xác để ngăn tình trạng nhiễm bẩn. Chỉ những doanh nghiệp hàng đầu như LG Chem của Hàn Quốc, CATL của Trung Quốc hay Panasonic của Nhật Bản mới đủ tiềm năng bỏ ra hàng tỷ USD mà xây nên những xưởng sản xuất pin chất lượng cao đến vậy.

Đột phá của ông Horie nằm tại thành phần cơ bản nhất của pin, đó là điện cực được bọc kim loại và chất điện phân lỏng. Ông nói rằng cách thức sản xuất này đơn giản hóa và tăng tốc quá trình làm pin và Horie so sánh sự đơn giản của nó với việc "phết bơ lên bánh". Quá trình làm pin cho phép các tấm pin dài 10 m nằm chồng lên nhau để tăng sức chứa, quan trọng hơn là thứ pin nhựa dẻo này không bắt lửa khi bị chọc thủng.

Tháng Ba năm nay, APB đã gây được số quỹ 74 triệu USD, quá ít so với quy chuẩn ngành pin nhưng vẫn đủ để xây dựng thành công nhà máy đầu tiên; dự kiến quá trình sản xuất hàng loạt sẽ diễn ra trong đầu năm tới. Ông Horie ước tính quỹ công ty sẽ đủ để nhà máy của ông đạt công suất 1 GWh trong năm 2023.

Công ty APB do Hideaki Horie thành lập sẽ tập trung nghiên cứu và sản xuất hàng loạt pin polymer.

Gần 3 thập kỷ trước, chúng ta phát hiện ra tiềm năng khổng lồ của pin lithium-ion và đã tận dụng nó từ thuở đó. Hiện chúng đã dẻo dai hơn, nhiều năng lượng hơn, giá thành giảm tới 85% so với thời điểm 10 năm về trước. Tuy nhiên nguy cơ cháy nổ vẫn hiện hữu, ta vẫn chứng kiến vô số trường hợp pin lithium-ion bắt lửa, phát nổ khiến người dùng bị thương, thậm chí là tử vong. Khi vỏ ngoài của pin thủng, lượng điện phóng ra có thể lớn hơn cả dòng điện đi vào một hộ gia đình, với nhiệt độ chạm ngưỡng 700^o C.

"Đứng từ góc nhìn của vật lý mà nói, pin lithium-ion là thiết bị làm nóng tốt nhất con người từng chế tạo ra", ông Horie nhận định.

Pin của APB có thể tránh được thảm họa thông qua thiết kế lưỡng cực - bipolar design, cho phép bề mặt của pin hấp thu được lượng điện lớn phóng ra.

"Bởi đã từng xảy ra rất nhiều tai nạn, ngành công nghiệp pin luôn đặt yếu tố an toàn lên hàng đầu. [Pin của APB] có thể là đột phá về cả mặt lưu trữ lẫn ứng dụng xe điện, nếu như công ty có thể tăng quy mô sản xuất lên nhanh chóng", Mitalee Gupta, nhà phân tích thị trường chuyên ngành lưu trữ năng lượng tại Wood Mackenzie, nhận định.

Tuy nhiên, vẫn còn những điểm trừ cần phải giải quyết trước. Đầu tiên, theo như nhận định của Menahem Anderman, chủ tịch Total Battery Consulting, polymer không dẫn điện tốt được như kim loại, có thể ảnh hưởng tới khả năng truyền tải điện của pin.

Thiết kế lưỡng cực cho phép các cell pin nối đầu đuôi với nhau, vô hình trung gây khó khăn cho việc kiểm soát điện năng của từng cell. Ông Anderman cũng đặt câu hỏi về việc giảm chi phí sản xuất liệu có đủ lớn để thay đổi cả ngành công nghiệp pin lithium-ion.

Ông Anderman nhận định pin lithium-ion sẽ còn là xương sống ngành công nghệ ít nhất 15 năm nữa hoặc hơn. Giá sản xuất không rẻ mà pin cũng chẳng hoàn hảo, nhưng sự thay thế cho pin li-ion hiện tại chỉ có thể là một công nghệ li-ion khác tân tiến hơn.

Pin của Safecore không nổ ngay cả khi trúng đạn.

Hideaki Horie hiểu rõ rằng APB không thể đối đầu với những gã khổng lồ ngành pin đã đang đầu tư hàng tỷ USD/năm cho dây chuyền sản xuất pin và thu lợi trực tiếp từ thị trường vẫn đang tăng trưởng tốt. Thay vì cạnh tranh với pin li-ion trong các thiết bị cầm tay, ông Horie muốn phát triển pin cố định đặt trong các tòa nhà, văn phòng hay các nhà máy năng lượng. Theo dự đoán của công ty Wood Mackenzie, thị trường mới mẻ này sẽ trị giá 100 tỷ USD vào năm 2025, gấp 5 lần con số năm ngoái.

Ông Horie năm nay 63 tuổi, đã là cây cổ thụ trong làng nghiên cứu pin suốt từ những ngày đầu. Tháng Hai năm 1990, thời bắt đầu sự nghiệp tại Nissan, ông dẫn đầu các nghiên cứu mới về phương tiện chạy điện và chạy song song nhiên liệu hóa thạch/năng lượng sạch. Chỉ vài tuần sau, Sony công bố đột phá khiến cả ngành năng lượng và sản xuất đồ điện tử choáng váng: họ gạt công nghệ kền-hyđrua sang một bên mà công bố pin lithium-ion.

Ông Horie ngay lập tức nhận ra tiềm năng khổng lồ của thứ công nghệ mới và hối thúc cả Sony và Nissan hợp tác phát triển nó. Tới năm 2000, Nissan lại từ bỏ phân khúc phát triển thiết bị điện. Khi Nissan được Renault mua lại, ông Horie chỉ có một cơ hội thuyết phục sếp mới, Carlos Ghosn, rằng xe điện chính là tương lai. Bài thuyết trình dài 28 phút đã lấy được lòng Ghosn, để rồi chiếc xe điện Leaf của Nissan trở thành món hàng bán chạy nhất suốt một thập kỷ.

Thời trai trẻ của Hideaki Horie.

Horie nảy ý tưởng phát triển pin polymer từ khi còn làm ở Nissan, nhưng không nhận được đủ hậu thuẫn để biến nó thành hiện thực. Năm 2012, khi đang giảng dạy tại Đại học Tokyo, Sanyo Chemical Industries - doanh nghiệp nổi tiếng với vật liệu siêu thấm hút dùng trong tã trẻ em - tới gặp nhà vật lý học đứng tuổi.

Cộng tác với Sanyo, ông Horie đã phát triển thành công viên pin đầu tiên sử dụng chất dẫn điện là một loại gel polymer. Năm 2018, ông thành lập công ty APB, với Sanyo Chemical là một trong những nhà đầu tư đầu tiên. Khách hàng đầu tiên của họ là công ty sản xuất đồ xuất khẩu lớn của Nhật Bản, tuy nhiên ông Horie từ chối nói sâu hơn và rằng mọi chuyện sẽ rõ ràng hơn vào tháng 8.

"Đây sẽ là bằng chứng cho thấy tiềm năng sản xuất hàng loạt của loại pin mới. Chúng ta sẽ đưa hóa học lên làm ngọn giáo tiên phong", ông Horie hồ hởi nói.

Tham khảo: JapanTimes