Trong khi rất nhiều tiến bộ công nghệ đi vào thực tế ở các ngành như màn hình, chip..., thì ở lĩnh vực lưu trữ năng lượng, chúng ta vẫn đang mắc kẹt ở một công nghệ đã gần 30 năm tuổi, mà một thập kỷ nữa cũng khó thay thế được!
Theo Bloomberg, sở dĩ công nghệ pin li-ion sống dai đến vậy chính là bởi với vị thế thống trị hiện nay, công nghệ mới sẽ phải cạnh tranh rất vất vả để có thể thiết lập một vị trí. Trong 5 năm tới, sẽ lại có nhiều nhà máy pin li-ion mọc lên tiếp, càng khiến khoảng cách với các đối thủ của nó nới rộng.
Giá pin li-ion đã giảm 85% kể từ 2010, điều đó càng thúc giục những dây chuyền sản xuất mọc lên ở Mỹ, Thái Lan, Trung Quốc để tận dụng cơ hội kiếm tiền. Những dự án này ngốn hàng tỷ USD đầu tư xây dựng. Người ta khuyến khích ngành công nghiệp tiếp tục điều chỉnh công nghệ lithium-ion, cải thiện từng chút một, thay vì đầu tư hẳn vào một công nghệ mới.
"Chúng tôi cho rằng còn lâu mới chấm dứt được sự thống trị của pin li-ion" - Erik Terjesen, giám đốc chiến lược và cấp phép tại Ionic Materials Inc. cho hay. Công ty có trụ sở tại Massachusetts đang cố gắng đầu tư vào pin thể rắn, một trong những lựa chọn được đặt cược nhiều nhất sẽ thay thế pin li-ion.
Thay đổi lớn nhất so với công nghệ cũ là nó không dùng dung dịch điện phân, loại bỏ nguy cơ bắt lửa gây cháy nổ.
Pin thể rắn loại bỏ chất điện phân thể lỏng trong pin li-ion, từ đó giảm thiểu nguy cơ bắt lửa
Nhưng Ironic không cố gắng để thay thế pin li-ion bằng pin thể rắn. Công ty thiết kế một loại chất điện phân polymer để thay thế vào các viên pin hiện nay. Điều này giúp các xưởng sản xuất hiện tại có thể đi vào sản xuất loại tốt hơn mà không phải thay thế máy móc đắt tiền.
Terjesen nói: "Chúng tôi không tin rằng sau khi đã ném cả đống tiền vào đó, họ lại chấp nhận từ bỏ để đầu tư lại từ đầu vào một công nghệ mới". Thay vì cố cạnh tranh với li-ion, ngày càng nhiều công ty tập trung vào cải thiện nó. Đơn giản bởi các nhà sản xuất không muốn "ném tiền qua cửa sổ".
Những viên pin li-ion tồn tại trong hàng tỷ thiết bị điện tử ngày nay, từ smartphone cho đến laptop, xe điện,... Chúng được phát minh bởi một nhà nghiên cứu ở Exxon Mobil vào những năm 1970, và đến 1991 thì Sony là công ty đầu tiên thương mại hóa thành công, mở ra kỷ nguyên thống trị kéo dài gần ba thập kỷ đến tận bây giờ.
Giá giảm khiến pin li-ion ngày càng khó bị thay thế
Logan Goldie-Scot, nhà nghiên cứu tại BloombergNEF nói rằng: "Đây là một công nghệ đa năng. Vì vậy cứ sau mỗi lần chi phí giảm xuống, nó lại mở ra những phân khúc mới và làm nhu cầu tăng".
Giá của viên pin từ 1.160 USD/kWh năm 2010 đã giảm còn 176 USD vào năm ngoái, dự kiến đến 2024 sẽ còn dưới 100 USD. Giá giảm trong khi chất lượng được cải thiện dần, khiến nó tiếp tục xâm nhập nhiều phân khúc mới, trong khi tiếp tục "bén rễ" sâu hơn ở các thị trường cũ.
Tất nhiên, không phải ai cũng tin rằng pin li-ion là vạn năng. Các hãng xe điện đang cố gắng nghiên cứu loại mới để kéo dài quãng đường đi được sau mỗi lần sạc, khoảng 500km.
Nhằm cố thuyết phục khách hàng rằng họ sẽ không bị hết năng lượng giữa đường. Toyota là một trong những hãng sốt sắng nhất áp dụng công nghệ mới. Họ sở hữu nhiều bằng sáng chế hơn bất kỳ công ty nào trong công nghệ pin thể rắn, với gần 14 tỷ USD đã đầu tư.
Nhiều nhà sản xuất kỳ vọng pin thể rắn sẽ tạo ra cú đột phá, tuy nhiên nó sẽ phải cạnh tranh rất vất vả với li-ion
Một hướng đi khác là tích trữ thật nhiều năng lượng tái tạo trong một khối lớn. Tesla và Dynegy đã bắt đầu nối pin li-ion vào lưới điện, cung cấp trong khoảng bốn giờ.
Cựu Bộ trưởng Năng lượng Hoa Kỳ Ernest Moniz, trong một buổi phỏng vấn với Bloomberg hồi tháng Hai, đã nói loại lưu trữ ngắn hạn sẽ không thể tích hợp một khối lượng lớn năng lượng tái tạo trong thời gian dài. "Nó không đảm bảo trong một ngày, một tuần, một tháng, hay một mùa" và ông kêu gọi tìm cách tiếp cận khác.
Nhiều giải pháp thay thế khác, gồm cả bánh đà hay oxy hóa-khử - đều đã thất bại - khi thị trường trở nên chuộng pin li-ion hơn. Hiện tại, nhiều người vẫn một mực tin rằng pin li-ion vẫn còn không gian để cải thiện, chứ không chỉ là lợi nhuận.
Phòng lab Sila Nanotechnologies ở San Francisco đang sản xuất một loại bột phấn dựa trên silicon, với lời hứa hẹn tăng hiệu suất của pin li-ion thêm 20%. Đồng sáng lập và giám đốc điều hành Gene Berdichevsky, nói rằng: "Tôi tin là pin li-ion có thể lấp đầy mọi kho lưu trữ, nhưng chúng ta phải làm việc với các chất hóa học mới để hiện thực hóa điều đó".
Loại bột trông như bụi than đá đó có thể dùng tạo nên cực dương (anode). Ở cấp độ nguyên tử, silicon có thể chứa nhiều lithium hơn so với carbon trong than chì, vật liệu cực dương phổ biến nhất, có nghĩa là pin sử dụng sản phẩm của Sila có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn. Họ đã gây quỹ được 125 triệu USD và được BMW mời hợp tác để phát triển công nghệ.
Cơ sở của Sila Nanotechnologies, với loại bột có thể tăng hiệu suất pin li-ion thêm 20%
Berdichevsky cho rằng bất kỳ công nghệ mới nào có kiến trúc khác biệt muốn gia nhập thị trường là rất khó. Khi mà các nhà máy sản xuất li-ion cứ mọc lên và giá liên tục giảm. BloombergNEF báo cáo rằng chỉ trong 5 năm, công suất sản xuất pin li-ion đã tăng gấp ba lần trên toàn cầu, vì nhu cầu của xe điện.
"Quy mô sản xuất hiện tại đã khổng lồ tới mức không thể tin nổi...", Berdichevsky nói. Số tiền đổ vào hình thành một đường ray mà chúng ta đang đi trên nó.
Tất cả những người hô hào rằng "chúng ta sẽ thiết lập lại đường ray" sẽ có tương lai u ám hơn hẳn những người đi đúng đường. Một hệ thống đảm bảo cho sự thống trị của công nghệ li-ion còn kéo dài lâu nữa, kể từ khi Sony bắt đầu sản xuất hàng loạt năm 1991.