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.
With the global transition towards an electrified transportation system gathering pace, the search for the perfect EV battery – offering the ideal balance of cost, energy density, safety and environmental sustainability – becomes ever more salient. There are around a dozen battery chemistries vying for market dominion; which one will emerge victorious is the veritable trillion-dollar question. For the near-term at least, traditional lithium-based batteries are likely to maintain their grip on the market, with sodium-based batteries offering a cheap and green alternative for certain applications, according to new research from Focus, an AI analysis platform that predicts technological breakthroughs based on global patent data. It is the emergent graphene and dual-ion batteries, however, that are likely to truly disrupt the market one day.
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 analyses the current state of EV battery chemistries and forecasts which ones look set to dominate in the years ahead. Using an approach inspired by research from the Massachusetts Institute of Technology, the Focus platform processes large volumes of global patent data in real time using three types of AI: large language models do continuous research into global patent data archives for tech scouting, scoring and comparisons; vector search provides real-time intelligence on the global innovation and technology landscape; and multivariate regression offers predictive analytics by identifying relationships between data and real-world outcomes. Focus calculates ‘Technology Readiness Levels’ for the maturity of battery technologies and a ‘Technology Improvement Rate’ to measure the increase in performance per dollar per year of different battery chemistries.
“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 found that all lithium-based battery technologies are improving at similar speeds. The current dominant chemistries, lithium-nickel-manganese-cobalt and lithium-iron-phosphate, are improving year-on-year (YoY) at rates of 30% and 36%, respectively. Lithium sulphur batteries are improving at 30% YoY and silicon anodes at 32%, meaning the pair are unlikely to disrupt the market – truly disruptive technologies have improvement speeds that are significantly and consistently higher than their competitors. Similarly, although much has been written about the potential of solid-state lithium batteries, Focus found the technology is only improving at a rate of 31% YoY, meaning it too is unlikely to disrupt the incumbents.
The same goes for similarly hyped sodium batteries, which have a 33% improvement rate – putting them within a measurement error of lithium-iron-phosphate batteries. Van Ingen explains that sodium batteries have a relatively modest energy density, limiting the mileage they can offer EVs without adding too much weight to the vehicle. They would, however, make sense for stationary storage, where weight is not a limiting factor. “So if all you need is relatively cheap batteries for grid demands, then sodium-batteries make a lot of sense,” he says. “They could even work for lower-end EVs – really cheap, high volume–production vehicles designed for short distances. It is a relatively fast improving technology, it is just not going to completely disrupt the market.”
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
For graphene batteries to disrupt the EV market, the cost of graphene production must come down significantly. Graphene is currently produced at around $200,000 per ton, or $200 per kilogram (kg). It is difficult to predict how cheap production needs to be before manufacturers start to use it in their batteries, but Focus believes this will happen when graphene becomes comparable with lithium.
Lithium carbonate currently costs around $16/kg to produce and analysts believe it could fall a further 30% to $11/kg in 2024. Focus’s forecasting method estimates the improvement speed of graphene production at 36.5% YoY. So, assuming the current price of $200/kg and a target price of $11/kg, Focus forecasts graphene production will become cheap enough for the material to force its way into battery chemistries by around 2031.
According to Focus, there are around 300 organisations currently working on graphene battery technology. Of the top ten companies best positioned to disrupt the battery market with graphene, Focus ranks Global Graphene Group as the leader. Its subsidiary, Honeycomb Battery Company, recently announced a landmark combination deal with Nubia Brand International aimed at enhancing Honeycomb’s manufacturing and research capabilities, with a primary focus on advanced battery technology for EVs.
Similarly, StoreDot, the only start-up in the top ten, has made impressive progress in 2023. The company is set for mass production of its ‘100in5’ battery cells in 2024. These cells are designed to deliver at least 100 miles of range with just five minutes of charging. StoreDot has formed strategic agreements with the likes of Volvo Cars (Geely), VinFast and Flex|N|Gate. In early 2024, it collaborated with Volvo Cars’ Polestar on the world’s first ten-minute EV charging demo. Its battery quality has been validated after testing by 15 leading global manufacturers, showing no degradation even after 1,000 consecutive ‘extreme fast charging’ cycles.
Toray Industries, on the other hand, has been identified by Focus as the fastest iterating player (the lowest cycle time). The company has made significant progress in its graphene battery research, developing an ultra-thin graphene dispersion solution with excellent fluidity and electrical and thermal conductivity – particularly beneficial for applications such as battery and wiring materials. Toray is thus able to create very thin, high-quality graphene from inexpensive graphite materials. The technology, claims Toray, offers a 50% better battery life than traditional carbon nanotubes used as conductive agents.
“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.
