Hoạt động R&D về pin điện (Lithium-ion): Cuộc chạy đua âm thầm nhưng khốc liệt giữa các “ông lớn”

Cuộc chạy đua trong hoạt động nghiên cứu khoa học về pin lithium-ion trên phạm vi quốc tế đang diễn ra sôi nổi và đầy cạnh tranh, chủ yếu do nhu cầu ngày càng tăng của xe điện (EV) và các hệ thống lưu trữ năng lượng tái tạo.

Các quốc gia và công ty hàng đầu đang đổ rất nhiều nguồn lực vào việc cải thiện hiệu suất, tuổi thọ, độ an toàn, và chi phí của loại pin này, đồng thời tìm kiếm các công nghệ pin thế hệ mới.

Quốc gia và khu vực dẫn đầu

Trung Quốc hiện là quốc gia dẫn đầu trong sản xuất pin lithium-ion toàn cầu, chiếm hơn 70% tổng sản lượng. Nhiều công ty sản xuất pin lớn nhất thế giới như CATL và BYD đều đến từ Trung Quốc. Quốc gia này cũng tích cực nghiên cứu các công nghệ pin mới như pin natri-ion.

Tại Hàn Quốc, các công ty như LG Chem và Samsung SDI là những “người chơi” chủ chốt trong ngành công nghiệp pin, với nhiều đột phá về vật liệu và công nghệ sản xuất.

Tại Nhật Bản, Panasonic là một trong những nhà sản xuất pin lithium-ion hàng đầu, đặc biệt là trong lĩnh vực pin xe điện.

Trong khi đó, châu Âu đang đẩy mạnh đầu tư để giảm sự phụ thuộc vào nguồn cung từ châu Á. Châu Âu đặt mục tiêu xây dựng gần 30 nhà máy sản xuất pin lithium-ion và có thể đáp ứng 75% nhu cầu pin EV của khối vào năm 2025.

Tại Hoa Kỳ, các hãng xe lớn như Ford và General Motors đang đầu tư hàng chục tỷ USD để mở rộng chuỗi cung ứng pin lithium-ion và công suất sản xuất, nhằm tăng cường khả năng tự chủ.

Hướng nghiên cứu và công nghệ mới

Các nhà khoa học trên toàn thế giới đang tập trung vào nhiều hướng nghiên cứu để vượt qua những giới hạn hiện tại của pin lithium-ion, bao gồm:

Kéo dài tuổi thọ và độ bền: Nghiên cứu điện cực tinh thể đơn, vật liệu anot silicon giúp tăng đáng kể số chu kỳ sạc/xả.

Tăng mật độ năng lượng: Nhằm tăng quãng đường di chuyển cho xe điện và thời gian sử dụng cho thiết bị điện tử.

Giảm thời gian sạc: Phát triển các công nghệ sạc nhanh, như pin natri-ion có thể sạc 80% trong vài phút.

Cải thiện an toàn: Giảm nguy cơ cháy nổ, đặc biệt là với các loại pin dung lượng lớn. Pin thể rắn (solid-state battery) được kỳ vọng sẽ khắc phục vấn đề này nhờ sử dụng chất điện phân rắn thay vì lỏng.

Giảm chi phí và sử dụng vật liệu thay thế

Pin natri-ion: Sử dụng natri, một nguyên tố dồi dào và rẻ hơn lithium, đang được thương mại hóa bởi các công ty Trung Quốc và nghiên cứu mạnh mẽ ở Ấn Độ. Tuy nhiên, mật độ năng lượng của nó thường thấp hơn lithium-ion.

Pin lithium-sulfur (Li-S): Có mật độ năng lượng lý thuyết rất cao và sử dụng lưu huỳnh rẻ tiền, nhưng gặp thách thức về độ bền. c. Pin nước (Water-based batteries): Sử dụng nước làm chất điện phân, loại bỏ nguy cơ cháy nổ, mang lại sự an toàn cao hơn.

Pin nhôm-lưu huỳnh (Aluminum-Sulfur): Hứa hẹn chi phí thấp và mật độ năng lượng cao.

Tái chế pin: Nghiên cứu các phương pháp tái chế hiệu quả để thu hồi các kim loại quý và giảm tác động môi trường.

Thách thức

Mặc dù có nhiều tiến bộ, cuộc đua nghiên cứu pin lithium-ion vẫn đối mặt với một số thách thức lớn:

An toàn: Nguy cơ cháy nổ vẫn là một mối lo ngại, đặc biệt với pin điện áp cao và các sản phẩm "độ" pin không rõ nguồn gốc.

Giá nguyên vật liệu: Giá lithium và các kim loại khác có thể biến động, ảnh hưởng đến chi phí sản xuất pin.

Tác động môi trường: Quá trình khai thác lithium và việc xử lý pin lithium-ion sau khi sử dụng có thể gây ô nhiễm môi trường nếu không được quản lý đúng cách.

Khả năng tương thích và tiêu chuẩn hóa: Việc phát triển các hệ thống pin mới đòi hỏi các tiêu chuẩn và khả năng tương thích giữa các thành phần khác nhau.

Thách thức về chuỗi cung ứng: Hiện nay, chuỗi cung ứng pin vẫn tập trung ở một số ít quốc gia, gây ra những rủi ro về địa chính trị và sự ổn định của nguồn cung.

Tầm quan trọng và tương lai

Pin lithium-ion đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc định hình tương lai năng lượng sạch và các ngành công nghệ. Chúng là trái tim của:

Xe điện (EV): Thúc đẩy sự chuyển đổi sang giao thông bền vững, giảm phát thải carbon.

Thiết bị điện tử: Cung cấp năng lượng cho điện thoại thông minh, máy tính xách tay và nhiều thiết bị di động khác.

Hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS): Giúp ổn định lưới điện, lưu trữ năng lượng từ các nguồn tái tạo như điện mặt trời và điện gió, khắc phục nhược điểm về tính bất ổn của chúng.

Các ứng dụng mới, bao gồm: máy bay điện, máy bay không người lái, và các hệ thống năng lượng ở vùng sâu vùng xa.

Có thể nói, cuộc chạy đua này không chỉ là về công nghệ mà còn là về chiến lược kinh tế và địa chính trị, nhằm đảm bảo an ninh năng lượng và vị thế dẫn đầu trong các ngành công nghiệp tương lai.

“

Tài liệu tham khảo:
[1]. The Importance of Research and Development in Advancing Lithium Technology. May 8, 2025 - Dragonfly Energy.
[2]. Overview of International RDI Battery Funding and Global Benchmarks for Battery KPIs. June 2024 – Batteries Europe.
[3]. Advanced Li-ion Battery Technologies 2024-2034: Technologies, Players, Forecasts, IDTechEx.
[4]. Roadmap Battery Production Equipment 2030 – VDMA.
[5]. Battery 2030: Resilient, Sustainable, and Circular, McKinsey & Company./.