Theo một nền tảng phân tích trí tuệ nhân tạo (AI) mới dự đoán những đột phá về công nghệ dựa trên dữ liệu bằng sáng chế toàn cầu, graphene có vẻ sẽ làm thay đổi thị trường pin xe điện (EV) vào giữa những năm 2030.
Với quá trình chuyển đổi toàn cầu sang hệ thống giao thông điện khí hóa đang diễn ra nhanh chóng, việc tìm kiếm loại pin EV hoàn hảo - cung cấp sự cân bằng lý tưởng giữa chi phí, mật độ năng lượng, tính an toàn và tính bền vững về môi trường - trở nên nổi bật hơn bao giờ hết. Có khoảng một chục loại hóa chất pin đang cạnh tranh để giành quyền thống trị thị trường; loại nào sẽ giành chiến thắng là câu hỏi thực sự trị giá hàng nghìn tỷ đô la. Ít nhất là trong tương lai gần, pin lithium truyền thống có khả năng sẽ duy trì được vị thế trên thị trường, trong khi pin natri cung cấp một giải pháp thay thế rẻ và xanh cho một số ứng dụng nhất định, theo nghiên cứu mới từ Focus, một nền tảng phân tích AI dự đoán những đột phá công nghệ dựa trên dữ liệu bằng sáng chế toàn cầu. Tuy nhiên, chính loại pin graphene và pin ion kép mới nổi có khả năng thực sự làm đảo lộn thị trường một ngày nào đó.
Nghiên cứu cho thấy pin graphene nói riêng sẽ xuất hiện vào đầu đến giữa những năm 2030 để thách thức các đối thủ lithium của chúng để giành ngôi vương EV, khi giá sản xuất graphene giảm mạnh. Sự phát triển này hứa hẹn không chỉ cải thiện đáng kể hiệu suất EV mà còn mang lại lợi ích cho hiệu quả năng lượng và mục tiêu giảm carbon. Jard van Ingen, CEO và đồng sáng lập của Focus cho biết: "Nếu có một công nghệ pin nào đáng chú ý, thì đó chính là graphene".
Những kẻ mạo danh mới
Focus phân tích tình trạng hiện tại của các loại hóa chất pin EV và dự báo loại nào có vẻ sẽ thống trị trong những năm tới. Sử dụng phương pháp tiếp cận lấy cảm hứng từ nghiên cứu của Viện Công nghệ Massachusetts, nền tảng Focus xử lý khối lượng lớn dữ liệu bằng sáng chế toàn cầu theo thời gian thực bằng ba loại AI: các mô hình ngôn ngữ lớn liên tục nghiên cứu kho lưu trữ dữ liệu bằng sáng chế toàn cầu để trinh sát công nghệ, chấm điểm và so sánh; tìm kiếm vectơ cung cấp thông tin tình báo theo thời gian thực về bối cảnh công nghệ và đổi mới toàn cầu; và hồi quy đa biến cung cấp phân tích dự đoán bằng cách xác định mối quan hệ giữa dữ liệu và kết quả thực tế. Focus tính toán 'Mức độ sẵn sàng công nghệ' cho sự trưởng thành của các công nghệ pin và 'Tỷ lệ cải thiện công nghệ' để đo lường mức tăng hiệu suất trên mỗi đô la mỗi năm của các loại hóa chất pin khác nhau.
“Về bản chất, đối với xe điện, tất cả là về việc tìm ra điểm cân bằng giữa mật độ năng lượng, độ an toàn, chi phí và tính bền vững”, Kacper Gorski, giám đốc điều hành của Focus cho biết. “Mỗi loại hóa chất này đều mang lại một điều gì đó độc đáo và sự phát triển của chúng sẽ định hình tương lai của phương tiện di chuyển bằng điện. Tuy nhiên, câu hỏi chính là, loại nào thực sự đang tiến triển nhanh và loại nào đang được thổi phồng quá mức?”
Focus nhận thấy rằng tất cả các công nghệ pin lithium đều đang cải thiện với tốc độ tương tự nhau. Các loại hóa chất chiếm ưu thế hiện nay, lithium-niken-mangan-coban và lithium-sắt-phosphate, đang cải thiện theo năm (YoY) với tốc độ lần lượt là 30% và 36%. Pin lithium lưu huỳnh đang cải thiện ở mức 30% YoY và anode silicon ở mức 32%, nghĩa là cặp đôi này khó có thể làm gián đoạn thị trường – các công nghệ thực sự mang tính đột phá có tốc độ cải thiện cao hơn đáng kể và nhất quán so với các đối thủ cạnh tranh. Tương tự như vậy, mặc dù đã có nhiều bài viết về tiềm năng của pin lithium thể rắn, Focus nhận thấy công nghệ này chỉ cải thiện ở mức 31% YoY, nghĩa là nó cũng khó có thể làm gián đoạn các công ty đương nhiệm.
Tương tự như vậy đối với pin natri được thổi phồng tương tự, có tỷ lệ cải thiện 33% - đưa chúng vào phạm vi lỗi đo lường của pin lithium-sắt-phosphate. Van Ingen giải thích rằng pin natri có mật độ năng lượng tương đối khiêm tốn, hạn chế quãng đường mà chúng có thể cung cấp cho EV mà không làm tăng quá nhiều trọng lượng cho xe. Tuy nhiên, chúng sẽ có ý nghĩa đối với việc lưu trữ cố định, nơi trọng lượng không phải là yếu tố hạn chế. Ông nói: "Vì vậy, nếu tất cả những gì bạn cần là pin tương đối rẻ cho nhu cầu lưới điện, thì pin natri rất có ý nghĩa". "Chúng thậm chí có thể hoạt động đối với EV cấp thấp hơn - những phương tiện sản xuất hàng loạt thực sự rẻ, được thiết kế cho những quãng đường ngắn. Đây là một công nghệ cải thiện tương đối nhanh, chỉ là nó sẽ không làm gián đoạn hoàn toàn thị trường".
Một số loại hóa chất pin mới ra đời đang tạo ra sự phấn khích nhất. Pin magiê-lưu huỳnh đang cải thiện với tốc độ 24.4% so với cùng kỳ năm trước, pin magiê-ion ở mức 26%, pin nanowire ở mức 35% và pin kali-ion ở mức 36%. Tuy nhiên, tất cả những điều này đều không đáng kể khi so sánh với pin graphene, loại pin đang cải thiện với tốc độ khổng lồ 48.8% so với cùng kỳ năm trước, hoặc pin ion kép, loại pin tự hào có tốc độ cải thiện 48.5% so với cùng kỳ năm trước. "Vì tốc độ cải thiện của pin graphene và pin ion kép cao hơn đáng kể và nhất quán so với các loại hóa chất pin khác, nên chúng có thể được coi là mang tính đột phá", van Ingen cho biết.
Tuy nhiên, trong cuộc đối đầu giữa hai loại hóa chất, Focus tin rằng pin graphene có tiềm năng cao hơn, vì nghiên cứu đã phát triển hơn và nguyên tố này phổ biến hơn. Công nghệ này mang đến bước tiến lớn cho hiệu suất của EV, hứa hẹn mật độ năng lượng cao, tăng tuổi thọ chu kỳ (số chu kỳ sạc và xả mà pin có thể hoàn thành trước khi mất hiệu suất) và sạc nhanh. Nhược điểm chính của nó hiện nay là chi phí quá cao, do mức giá đắt đỏ của sản xuất graphene.
“Graphene là một vật liệu thực sự cơ bản có nguồn gốc từ bất kỳ nguồn carbon nào,” van Ingen nói. “Vật liệu cơ bản thực sự rất phong phú, nó có ở khắp mọi nơi, nhưng cách biến nó thành graphene là hạn chế. Các phương pháp sản xuất hiện tại quá đắt đỏ.”
Pin graphene, sự đột phá thực sự
Để pin graphene có thể làm gián đoạn thị trường EV, chi phí sản xuất graphene phải giảm đáng kể. Graphene hiện được sản xuất với giá khoảng 200,000 đô la một tấn, hoặc 200 đô la một kilôgam (kg). Thật khó để dự đoán sản xuất cần rẻ đến mức nào trước khi các nhà sản xuất bắt đầu sử dụng nó trong pin của họ, nhưng Focus tin rằng điều này sẽ xảy ra khi graphene trở nên tương đương với lithium.
Lithium carbonate hiện có giá khoảng 16 đô la/kg để sản xuất và các nhà phân tích tin rằng giá có thể giảm thêm 30% xuống còn 11 đô la/kg vào năm 2024. Phương pháp dự báo của Focus ước tính tốc độ cải thiện sản xuất graphene là 36.5% so với cùng kỳ năm trước. Vì vậy, giả sử giá hiện tại là 200 đô la/kg và giá mục tiêu là 11 đô la/kg, Focus dự báo sản xuất graphene sẽ trở nên đủ rẻ để vật liệu này có thể thâm nhập vào hóa chất pin vào khoảng năm 2031.
Theo Focus, hiện có khoảng 300 tổ chức đang nghiên cứu công nghệ pin graphene. Trong số mười công ty hàng đầu có vị thế tốt nhất để phá vỡ thị trường pin bằng graphene, Focus xếp hạng Global Graphene Group là công ty dẫn đầu. Công ty con của công ty, Honeycomb Battery Company, gần đây đã công bố một thỏa thuận kết hợp mang tính bước ngoặt với Nubia Brand International nhằm nâng cao năng lực sản xuất và nghiên cứu của Honeycomb, với trọng tâm chính là công nghệ pin tiên tiến cho xe điện.
Tương tự như vậy, StoreDot, công ty khởi nghiệp duy nhất trong top 2023, đã đạt được những tiến bộ ấn tượng vào năm 100. Công ty đã sẵn sàng sản xuất hàng loạt các cell pin '5in2024' vào năm 100. Các cell pin này được thiết kế để cung cấp phạm vi hoạt động ít nhất 2024 dặm chỉ với năm phút sạc. StoreDot đã hình thành các thỏa thuận chiến lược với các công ty như Volvo Cars (Geely), VinFast và Flex|N|Gate. Vào đầu năm 15, công ty đã hợp tác với Polestar của Volvo Cars trong bản demo sạc EV trong mười phút đầu tiên trên thế giới. Chất lượng pin của công ty đã được xác nhận sau khi được 1,000 nhà sản xuất toàn cầu hàng đầu thử nghiệm, không cho thấy sự suy giảm ngay cả sau XNUMX chu kỳ 'sạc cực nhanh' liên tiếp.
Mặt khác, Toray Industries đã được Focus xác định là công ty có tốc độ lặp lại nhanh nhất (thời gian chu kỳ thấp nhất). Công ty đã đạt được tiến bộ đáng kể trong nghiên cứu pin graphene, phát triển giải pháp phân tán graphene siêu mỏng với độ lưu động và độ dẫn điện và nhiệt tuyệt vời – đặc biệt có lợi cho các ứng dụng như vật liệu pin và dây điện. Do đó, Toray có thể tạo ra graphene rất mỏng, chất lượng cao từ các vật liệu graphite giá rẻ. Toray tuyên bố công nghệ này cung cấp tuổi thọ pin tốt hơn 50% so với các ống nano carbon truyền thống được sử dụng làm chất dẫn điện.
“Nhìn về phía trước, nút thắt lớn nhất hiện nay đối với pin graphene là tìm ra phương pháp sản xuất thực sự có thể thực hiện ở quy mô lớn”, van Ingen kết luận. Theo Focus, đây vẫn là lĩnh vực chủ yếu do nghiên cứu thống trị, nhưng điều này sẽ đưa nó ra thế giới thực trong thập kỷ tới.
Nguồn từ Chỉ tự động
Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Thông tin nêu trên được cung cấp bởi just-auto.com độc lập với Chovm.com. Chovm.com không tuyên bố và bảo đảm về chất lượng và độ tin cậy của người bán và sản phẩm.
