Nhiều phương pháp công nghệ mới tác động đến sản xuất hóa chất pin để tạo ra những sản phẩm vượt trội đáp ứng yêu cầu đề ra trong 5 năm qua – ví dụ chế tạo được pin EV sạc đầy chỉ trong năm phút.

 Ngành công nghiệp xe điện (EV) đang phát triển với tốc độ chóng mặt, đặc biệt là lĩnh vực phát triển và sản xuất pin. Nhiều phương pháp công nghệ mới tác động đến sản xuất hóa chất pin để tạo ra những sản phẩm vượt trội đáp ứng yêu cầu đề ra trong 5 năm qua – ví dụ chế tạo được pin EV sạc đầy chỉ trong năm phút. Mục tiêu cuối cùng là để tối ưu hóa trải nghiệm lái xe điện và đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang sử dụng xe điện thân thiện với môi trường mà không lo lắng về quãng đường di chuyển và chi phí đầu tư. Tuy nhiên, bên cạnh tìm hiểu và phát triển hóa chất, pin cũng cần phát triển để tối ưu hóa hiệu suất vòng đời pin.

Thay đổi suy nghĩ

Trước đây, việc đo hiệu suất vòng đời pin dựa trên ba thông số chính: mật độ năng lượng, tốc độ sạc và số chu kỳ xả điện. Các thông số này có sự liên kết với nhau, chỉ một thông số biến đổi và thông số còn lại cũng thay đổi tương tự. Do đó, tối ưu hóa pin chủ yếu dựa trên ba tham số này. Ví dụ như khi sạc pin trong sáu giờ, sẽ cung cấp khoảng 2.000 chu kỳ xả điện.

Tuy nhiên, với hóa chất mới của pin kết hợp với sự cải thiện các hệ thống quản lý pin và thói quen lái xe thay đổi làm xoay chuyển cuộc đua xe xanh. Như vậy, hiệu suất pin không còn quyết định thời gian sử dụng khi sạc đầy mà tùy thuộc vào người lái và bộ sạc của xe. Vì vậy, để tối ưu hóa hiệu suất pin như trước đây, cần phải phát triển linh hoạt dựa trên đối tượng hướng tới.

Xác định đối tượng sử dụng xe điện trong tương lai

Đối với các nhà phát triển công nghệ pin, họ chú trọng tập trung vào thói quen người sử dụng xe điện. Các hệ thống quản lý pin linh hoạt thay đổi các thông số đáp ứng nhu cầu thời gian của người lái xe, ví dụ nếu người dùng có thói quen sử dụng xe thường xuyên hơn hoặc cho các hành trình dài hơn nhưng chất hóa học pin sẽ không được thay đổi. Đây là lý do tại sao nó rất quan trọng để đảm bảo cả chất hóa học và thiết kế ban đầu của pin phù hợp nhất với nhu cầu người lái xe.

Việc nắm bắt dữ liệu về thói quen người dùng trên quy mô lớn rất hữu ích cho nhà sản xuất xác định số lượng và loại pin.

Khi người lái nhận thức được hiệu suất pin, họ hình thành thói quen lái xe và sạc khác. Cuộc khảo sát đã thu lại kết quả gồm 3 trường hợp chính. Đầu tiên, người có thói quen di chuyển quãng đường ngắn và sạc xe qua đêm ở nhà. Trái lại là doanh nhân thường xuyên thực hiện các chuyến đi dài, thường ở lại qua đêm tại khách sạn; họ cần sạc thường xuyên. Đối tượng còn lại có khi thực hiện hành trình ngắn, có khi thực hiện hành trình dài nên thời gian sạc pin đôi khi mới cần nhanh. Chính vì thế, đối với kỹ thuật pin cần xem xét để tối ưu hóa chất pin để xác định được mức năng lượng và vòng đời pin phù hợp với người lái.

Tư duy mới trong hành động

Sử dụng nhiều công thức hóa học và điện hóa để tối ưu hóa hệ thống và thiết kế pin dựa trên nhu cầu của người lái xe. Cần tối ưu than chì, silicon hoặc các methanol khác trong cực dương, sau đó xác định tỷ lệ tải của cực âm sao cho phù hợp; và đảm bảo điện áp giao động trong khoảng an toàn.  Vì vậy tất cả những điều này cần phải được tính kỹ trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật.

Khi phát triển công nghệ sạc nhanh (XFC), thách thức lớn là quản lý sự mở rộng của silicon trong quá trình sạc nhanh. Điều này được giải quyết bằng cách sử dụng các hạt nano trong cấu trúc 3D để các hạt mở rộng không ảnh hưởng đến cấu trúc tổng thể hoặc thể tích của cực dương. Như vậy, khi thiết kế pin cần xác định sự kết hợp của vật liệu  và của cấu trúc cực dương để tối ưu hóa yêu cầu người lái xe đưa ra. Ví dụ, cả sạc nhanh và sạc chậm đều cần silicon, nhưng pin XFC sử dụng hạt nano để kiểm soát sự mở rộng của silicon trong quá trình sạc nhanh.

Hơn thế, cấu trúc của cực dương cũng bị ảnh hưởng bởi các thành phần điện phân và điện giải hay lớp SEI khi các ion di chuyển từ cực âm sang cực dương. Việc lựa chọn các thành phần pin phụ thuộc nhu cầu tối ưu cho pin sạc nhanh hay sạc chậm là một phần của thiết kế cực dương.

Sự kết hợp các chất được sử dụng trong cực dương ảnh hưởng đến giới hạn giao động điện áp của pin nên cần xem xét trong giai đoạn thiết kế. Như vậy, tỷ lệ tải giữa hai cực âm dương của pin bị tác động bởi mô hình xe. Thiết lập tỷ lệ tải giữa 2 cực âm dương chính xác là rất quan trọng để đảm bảo rằng trong mỗi chu kỳ sạc và xả, tất cả lithium có thể được truyền qua lại giữa cực âm và cực dương. Khi thiết kế pin có thể tăng kích thước của cực âm hoặc cực dương khoảng 5% phụ thuộc vào tối ưu truyền lithium giữa hai cực. Trong pin được tối ưu hóa để sạc nhanh, cực âm cần phải lớn hơn một chút, hay trong pin được tối ưu hóa để sạc chậm, kích thước của cực dương cần lớn hơn.

Thực hiện việc khảo sát khách hàng

Đây chỉ là một số cách mà công nghệ pin có thể được điều chỉnh để đáp ứng tốt hơn nhu cầu người dùng xe điện trong tương lai. Tuy nhiên, với phương pháp ‘lấy khách hàng làm trung tâm’ thúc đẩy việc cải thiện hiệu suất pin. Ví dụ, việc nắm bắt dữ liệu về thói quen người dùng trên quy mô lớn giúp cho nhà sản xuất đưa ra kế hoạch triển khai các điểm sạc chậm hay sạc nhanh.

Như vậy, nhà sản xuất cần chuẩn hóa dữ liệu khi khách hàng đi mua hàng, một số nhà đưa ra câu hỏi “Bạn nghĩ việc sạc nhanh quan trọng như thế nào?”. Hay yêu cầu khách tải Google Driver Analytics để thu thập thông tin thiết yếu như thời gian đi trung bình, khoảng cách di chuyển, tốc độ lái xe và thói quen sạc. Sau đó, nhà bán lẻ tư vấn cho khách hàng để họ có lựa chọn phù hợp với nhu cầu và thói quen. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra một sản phẩm tối ưu nhất để người dùng hài lòng với sản phẩm họ lựa chọn.

Theo Battery power online