Solid Power, startup pin của Mỹ, đang theo đuổi chiến lược phát triển pin thể rắn như một hướng đi để củng cố năng lực cạnh tranh của ngành pin nội địa. Thay vì tự sản xuất pin hoàn chỉnh, công ty tập trung vào vật liệu cốt lõi là điện phân rắn và tìm cách đưa công nghệ này vào hệ thống sản xuất của các nhà sản xuất hiện hữu.

Theo InsideEVs ngày 12/11 giờ địa phương, Solid Power hiện dồn nguồn lực cho việc phát triển và sản xuất điện phân rắn gốc sulfide, một vật liệu then chốt trong lộ trình thương mại hóa pin thể rắn. Công ty kỳ vọng các nhà sản xuất pin có thể tích hợp công nghệ này vào quy trình hiện tại để rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường.

Đặt trụ sở tại bang Colorado, Solid Power hoạt động trong lĩnh vực điện phân rắn và cạnh tranh với các startup pin thể rắn khác của Mỹ như QuantumScape và Factorial. Doanh nghiệp kỳ vọng pin thể rắn sẽ giúp tăng quãng đường di chuyển, rút ngắn thời gian sạc và giảm nguy cơ cháy nổ so với pin lithium-ion. Tuy nhiên, bài toán về độ ổn định chất lượng và tỷ lệ thành phẩm khi sản xuất hàng loạt vẫn chưa được giải quyết.

CEO John Van Scoter cho rằng pin thể rắn có thể mở ra cơ hội để ngành pin Mỹ quay lại cuộc đua cạnh tranh toàn cầu. Theo ông, đây có thể là nền tảng để Mỹ từng bước khôi phục vị thế trong lĩnh vực pin.

Khác với nhiều doanh nghiệp theo đuổi sản xuất cell pin hoàn chỉnh, Solid Power chọn tập trung vào điện phân rắn. Đây là vật liệu cho phép ion lithium di chuyển bên trong pin. Trong khi pin lithium-ion truyền thống sử dụng điện phân lỏng, Solid Power phát triển điện phân rắn gốc sulfide.

Công ty cho biết công nghệ này có thể tích hợp tương đối thuận lợi vào hạ tầng sản xuất pin hiện hữu. Ông Van Scoter nói các thiết bị roll-to-roll vốn dùng trong sản xuất pin lithium-ion vẫn có thể được tận dụng để sản xuất cell thể rắn. Cách tiếp cận này, theo ông, sẽ giúp giảm đáng kể nhu cầu đầu tư nhà máy mới hoặc thay thế quy mô lớn thiết bị sản xuất.

Song song đó, Solid Power cũng mở rộng nền tảng sản xuất. Tháng trước, công ty triển khai dây chuyền thử nghiệm mang tên Mobius tại nhà máy ở Thornton, bang Colorado. Dây chuyền này dự kiến đi vào vận hành vào cuối năm nay và bổ sung công suất 45 tấn điện phân rắn mỗi năm. Tính cả cơ sở hiện có, năng lực sản xuất thử nghiệm của công ty sẽ tăng lên 75 tấn mỗi năm. Lượng điện phân này dự kiến được cung cấp cho các hãng xe và doanh nghiệp sản xuất pin.

Các quan hệ hợp tác với hãng xe và nhà sản xuất pin vẫn được duy trì. Trước đây, Solid Power đã làm việc với Ford, BMW, Samsung SDI và SK On. Dù thỏa thuận phát triển chung với Ford và BMW đã kết thúc, công ty hiện chuyển trọng tâm sang đàm phán với các nhà sản xuất pin lớn về kế hoạch mở rộng sản xuất.

Đáng chú ý, thỏa thuận ba bên giữa BMW và Samsung SDI được vận hành theo mô hình hợp tác trong chuỗi giá trị. Trong đó, Solid Power cung cấp điện phân rắn, Samsung SDI sản xuất cell pin, còn BMW đảm nhận phát triển mô-đun và bộ pin. Cách làm này nhằm kết nối công nghệ vật liệu với năng lực sản xuất sẵn có để thúc đẩy quá trình thương mại hóa.

Về hiệu năng, Solid Power đưa ra một số chỉ số tương đối cao. Công ty cho biết nếu sử dụng điện phân gốc sulfide cùng cực âm silicon và cực dương nickel-mangan-cobalt (NMC), mật độ năng lượng có thể đạt 390 Wh/kg và vượt 1.000 chu kỳ sạc-xả. Nếu áp dụng cực âm kim loại lithium, mật độ năng lượng có thể tăng lên 440 Wh/kg.

Tuy nhiên, đây không phải là hiệu năng riêng của điện phân, mà là mức kỳ vọng của toàn bộ hệ pin khi kết hợp vật liệu điện cực, thiết kế cell và các yếu tố kỹ thuật khác. Hiệu năng thực tế vẫn phụ thuộc vào công nghệ của đơn vị thiết kế và sản xuất cell. Ông Van Scoter cũng thừa nhận rằng dù công ty tạo ra thành phần cốt lõi để cell vận hành, các chỉ số như mật độ năng lượng và tuổi thọ vẫn phụ thuộc vào thiết kế cell cuối cùng.

Một thách thức kỹ thuật khác là hiện tượng dendrite. Khi các cấu trúc lithium dạng kim hình thành bên trong pin, chúng có thể gây đoản mạch hoặc làm suy giảm dung lượng. Solid Power cho biết đang đầu tư đáng kể cho năng lực kỹ thuật nhằm xử lý vấn đề này.

Công nghệ này cũng đã được thử nghiệm trên xe thực tế. Năm ngoái, BMW công bố hình ảnh mẫu i7 nguyên mẫu tích hợp pin thể rắn dựa trên cực âm silicon của Solid Power. Tuy nhiên, thời điểm đưa công nghệ này lên xe thương mại vẫn chưa được ấn định cụ thể.

Ngoài xe điện, Solid Power còn xem quốc phòng, drone và robot hình người là những thị trường ứng dụng ban đầu. Công ty đánh giá các lĩnh vực này có quy trình chứng nhận ngắn hơn và chu kỳ thay thế sản phẩm nhanh hơn so với ôtô. Theo ông Van Scoter, với drone và robot, thời gian chứng nhận ngắn hơn trong khi vòng đời nền tảng cũng diễn ra nhanh hơn đáng kể.

Solid Power dự báo pin thể rắn sẽ trước tiên được ứng dụng trên một số mẫu xe điện cao cấp vào cuối thập niên 2020, trước khi mở rộng sang thị trường đại trà hơn vào đầu thập niên 2030. Giới quan sát đang theo dõi liệu Mỹ có thể tạo ra bước chuyển trong cục diện cạnh tranh nhờ công nghệ pin thế hệ mới hay không, trong bối cảnh thị trường pin lithium-ion lâu nay do các doanh nghiệp châu Á, đặc biệt từ Hàn Quốc và Trung Quốc, nắm ưu thế.