Xương sống của ngành công nghệ sẽ ra sao khi lithium không còn đủ dùng?
Pin lithium-ion đang là nguồn năng lượng gánh vác toàn bộ ngành công nghệ. Để tránh việc “giỏ trứng” này quá tải, nhiều startup Nhật Bản mong muốn tạo ra những loại hình pin năng lượng khác, có tiềm năng trở thành tiêu chuẩn mới của thế giới. Và tại thành phố cảng Yokohama, có một công ty như thế liên tục phải ngồi túc trực điện thoại, để sẵn sàng trả lời những câu hỏi về hiệu năng pin, cũng như đáp ứng nhu cầu được thử sản phẩm hay hợp tác lâu dài.
Đầu dây bên kia của những cuộc gọi đó là các công ty sản xuất ô tô và drone tới từ Châu Âu và Châu Mỹ. Họ đang mong muốn hợp tác với 3Dom, một startup xuất thân từ Đại học Tokyo Metropolitan hồi năm 2014.
Trong những ngày đầu phát triển, 3Dom chỉ có một nhân viên và cũng là người điều hành duy nhất: giáo sư Kiyoshi Kanamura. Nhưng theo thời gian, khi tiếng lành đồn xa, những kỹ sư từ những công ty lớn như Panasonic cũng đã về đầu quân cho 3Dom; họ hào hứng với lời hứa về một đột phá mới. Hiện tại, 3Dom đã có tổng cộng 70 kỹ sư, phải tới một nửa trong số đó mới gia nhập khoảng một năm trở lại đây.
Pin có thể sạc lại được là một trong những mũi nhọn của Nhật Bản, nhưng hiện nó đang phải cạnh tranh với những gã khổng lồ tới từ Trung Quốc và Hàn Quốc. Để có thể duy trì thế thượng phong trong thị trường có thể có giá trị tới 25 tỷ USD vào năm 2035, các kỹ sư Nhật phải dốc hết khả năng để chạy theo những bước tiến nhanh của công nghệ; 3Dom dự định sẽ thương mại hóa pin lithium của họ vào năm 2022.
Các lỗ nano trong vách ngăn pin của 3Dom.
Startup này nói rằng pin của họ có thể tạo ra lượng năng lượng gấp 2 lần một cục pin li-ion cùng kích cỡ, mà khả năng cung cấp điện đã được nhiều bên kiểm chứng. Chưa hết, họ nói rằng vòng sạc của pin sẽ đáp ứng được nhu cầu sử dụng của xe điện. 3Dom còn mơ xa hơn khi mong muốn một ngày, ô tô bay sẽ dùng pin họ sản xuất.
Đa số cực âm của pin li-ion hiện nay sử dụng vật liệu carbon, thế nhưng 3Dom lại chọn lithium bởi lợi thế chứa được nhiều năng lượng hơn lẫn việc giảm khả năng đoản mạch và gây cháy. 3Dom cũng tìm ra được cách khắc chế các dendrite - sợi lithium xuất hiện trong các pin li-ion “có tuổi”, có thể đâm xuyên lớp ngăn cách giữa hai cực mà gây đoản mạch: họ tạo ra những vách ngăn với các lỗ tròn có kích cỡ vài trăm nano-mét, được đặt ở những vị trí hợp lý để dòng ion chảy trơn tru và phản ứng hóa học diễn ra xuyên suốt.
Vách ngăn này được làm từ polyimide, một loại nhựa kháng nhiệt và không cháy ngay cả khi nhiệt độ lên 400 độ C. Hiện tại, 3Dom đang sản xuất pin li-ion tại một nhà máy ở Seattle, và họ dự định xây một nhà máy nữa tại Mỹ trong năm tới nhằm chuẩn bị dây chuyền lắp đặt pin công nghệ mới.
Tiềm năng lớn tới từ startup nhỏ
Với xe điện và thiết bị điện tử đang ngày một thịnh hành hơn trong kỷ nguyên công nghệ, thị trường pin sẽ ngày một có giá trị hơn. Ba tập đoàn hàng đầu là công ty Contemporary Amperex Technology (CATL) của Trung Quốc - nhà sản xuất pin cho ô tô lớn nhất thế giới, nối tiếp ở hai vị trí sau là Panasonic và LG Chem, đều đang tìm kiếm nguồn năng lượng thế hệ mới.
Công nghệ tiềm năng nhất hiện tại là pin thể rắn an toàn và sạc nhanh hơn pin hiện có. Toyota Motor và Panasonic, hai tập đoàn đang hợp tác sản xuất pin với Tesla, hiện đang cố gắng phát triển công nghệ này.
Trong khi đó, một startup khác có tên Azul Energy không tập trung vào sản xuất pin mà lại để mắt tìm kiếm một loại vật liệu mới cho pin. Hiroshi Yabu, chuyên gia khoa học vật liệu tại Đại học Tohoku được truyền cảm hứng từ một cậu học sinh và tin rằng bột nhuộm có thể trở thành chất xúc tác dùng trong pin.
Ông Yabu tập trung nghiên cứu một loại pin kim loại-không khí sử dụng oxy làm vật liệu phản ứng cho cực dương, rồi kim loại cho cực âm. Loại pin này có thể chứa và xả điện tốt hơn pin li-ion từ 3-10 lần, tuy nhiên nó chỉ có thể cho ra một dòng điện nhỏ, không đủ mạnh để vận hành động cơ ô tô. Dù khả năng sạc-xả tuyệt vời, pin kim loại-không khí chỉ được dùng trong máy trợ thính.
Khi ông Yabu sử dụng bột sắt để làm chất xúc tác cho điện cực thay cho mangan, sức mạnh dòng điện đã tăng từ 20-30%. Ông nhắm tới việc cường hóa pin kim loại-không khí để dùng trong vận hành thiết bị bay không người lái drone.
Koju Ito, kỹ sư từng công tác tại Fujifilm, hiện đang giữ chức chủ tịch và đồng sáng lập nên Azul. Ito vẫn hoài nghi khi nhận lời mời từ Yabu, nhưng rồi vẫn nhận vị trí mới khi quyết định “bước vào một lĩnh vực mới vốn rất khó tiếp cận khi còn làm việc ở công ty lớn”.
AC Biode, một startup năng lượng khác tại Kyoto phát triển thành công pin sạc và xả bằng dòng điện xoay chiều AC chứ không phải dòng điện một chiều DC. Gọi pin mới của mình là AC Battery, AC Biode cho thấy công nghệ của họ dẻo dai hơn 30% so với pin li-ion cùng kích cỡ. Năm 2019, AC Biode nhận khoản đầu từ lớn từ InnoEnergy, một tổ chức cấp ngân sách cho những dự án nghiên cứu lưu trữ năng lượng tiềm năng.
Một startup khác có tên Connexx Systems đang phát triển công nghệ có tên Shuttle Battery, làm ra điện nhờ trộn lẫn hydro với oxy. Pin của Connexx tạo ra hydro từ bột sắt và nước, rồi đưa hydro vào một cell năng lượng để sản xuất điện.
Dù rằng startup có nhiều tiềm năng phát triển và cơ hội để tạo đột phá, nhưng họ khó có đủ tiềm năng dấn thân vào ngành ô tô điện đang bị thống trị bởi những tập đoàn năng lượng lẫn doanh nghiệp ô tô khổng lồ. Theo lời nhận định của nhà phân tích thị trường Tang Jin, các startup sẽ phải bắt tay với những tập đoàn sản xuất pin lớn cũng như các khách hàng tiềm năng để có thể sống sót được cuộc cạnh tranh khắc nghiệt này.
Tham khảo Nikkei