Các nhà nghiên cứu đã 'bóc tách' pin Tesla và BYD để xem cái nào tốt hơn

Pin xe điện (EV) đã trải qua những thay đổi đáng kinh ngạc trong những năm gần đây, khi các công nghệ mới liên tục xuất hiện để nâng cao hiệu suất, tuổi thọ và độ an toàn.

Ngành công nghiệp xe điện đang chứng kiến sự cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà sản xuất, và một trong những cuộc đối đầu quan trọng nhất là giữa Tesla và BYD, hai công ty tiên phong với những cách tiếp cận rất khác nhau về công nghệ pin. Tesla đặt hy vọng vào pin 4680 hình trụ có mật độ năng lượng cao, trong khi BYD phát triển pin Blade dựa trên công nghệ lithium iron phosphate (LFP) với trọng tâm là độ bền và an toàn. Cả hai hướng đi đều có những ưu và nhược điểm riêng, nhưng sự khác biệt giữa chúng lớn đến mức nào? Và đâu mới thực sự là công nghệ dẫn đầu cho tương lai xe điện?

Với tính cạnh tranh cao của thị trường xe điện, các hãng sản xuất thường không công bố chi tiết về cấu trúc và hiệu suất của pin. Vì vậy, để có cái nhìn sâu sắc hơn, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học RWTH Aachen (Đức) đã quyết định tháo rời hai loại pin này để phân tích từng thành phần của chúng. Họ sử dụng các phương pháp tiên tiến như kính hiển vi điện tử quét (SEM), phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) và đo điện trở dòng điện một chiều để đánh giá cấu trúc cơ học, vật liệu, hiệu suất điện, mật độ năng lượng và hiệu suất nhiệt của từng loại pin. Những phát hiện của họ đã cung cấp cái nhìn rõ nét về cách hai công ty đang định hình cuộc đua công nghệ pin xe điện.

Tesla 4680 là loại pin hình trụ với đường kính 46 mm và chiều dài 80 mm, trong khi pin Blade của BYD có dạng lăng trụ dài và mỏng với chiều cao 90 mm, chiều dài 965 mm và độ dày chỉ 14 mm. Hình dạng này phản ánh hai triết lý thiết kế hoàn toàn khác biệt. Pin 4680 của Tesla được tối ưu hóa để mang lại mật độ năng lượng cao nhất có thể, với khả năng lưu trữ năng lượng lên đến 241 Wh/kg và 643 Wh/l. Trong khi đó, pin Blade của BYD chỉ đạt 160 Wh/kg và 355 Wh/l, thấp hơn đáng kể so với Tesla. Điều này có nghĩa là với cùng một công suất, bộ pin của Tesla sẽ nhẹ hơn và chiếm ít không gian hơn. Tuy nhiên, việc đạt được mật độ năng lượng cao lại đi kèm với một số nhược điểm.

Pin Tesla 4680 sử dụng cực âm giàu niken, một vật liệu có giá thành cao hơn nhiều so với cực âm LFP của BYD. Niken và coban là hai nguyên tố quan trọng trong công nghệ pin lithium-ion hiệu suất cao, nhưng chi phí của chúng biến động mạnh và ngày càng tăng do nhu cầu lớn từ ngành công nghiệp xe điện. Trong khi đó, LFP là một lựa chọn rẻ hơn và ổn định hơn về giá thành, bởi sắt và phốt phát – hai thành phần chính của nó – có trữ lượng dồi dào và ít chịu ảnh hưởng từ biến động thị trường. Đây là một trong những lý do khiến BYD lựa chọn công nghệ LFP cho pin Blade, giúp hạ giá thành sản xuất và làm cho xe điện trở nên dễ tiếp cận hơn với thị trường đại chúng.

Bên cạnh yếu tố giá thành, độ an toàn cũng là một điểm khác biệt lớn giữa hai công nghệ pin này. Pin LFP có khả năng chịu nhiệt cao hơn và ít có nguy cơ quá nhiệt hoặc cháy nổ so với pin lithium-ion giàu niken. Điều này khiến pin Blade của BYD trở thành lựa chọn hấp dẫn đối với những mẫu xe phổ thông, nơi độ bền và tính an toàn được ưu tiên hơn hiệu suất cao. Ngược lại, pin Tesla 4680, do có mật độ năng lượng cao hơn, cũng có nguy cơ sinh nhiệt nhiều hơn, đặc biệt là khi sạc nhanh hoặc hoạt động ở công suất lớn trong thời gian dài.

Cấu trúc thiết kế của hai loại pin cũng phản ánh rõ rệt triết lý của mỗi công ty. Tesla áp dụng cấu trúc "cuộn thạch" (jelly roll) trong đó các lớp điện cực được quấn chặt bên trong vỏ pin, giúp tối ưu hóa không gian và giảm điện trở trong. Ngoài ra, hãng đã phát triển quy trình sản xuất không tab, sử dụng công nghệ hàn laser để kết nối trực tiếp các tấm điện cực, giúp giảm chi phí và tăng hiệu suất sạc nhanh. Trong khi đó, BYD áp dụng cấu trúc "ngăn xếp điện cực gấp Z", giúp tăng cường độ bền cơ học và đảm bảo sự ổn định lâu dài của pin.

Mặc dù cả hai loại pin đều được thiết kế với những ưu điểm riêng, nhưng nghiên cứu đã phát hiện một chi tiết bất ngờ: cả Tesla và BYD đều không sử dụng silicon trong cực dương của pin, một yếu tố thường được coi là chìa khóa để tăng mật độ năng lượng. Điều này cho thấy các hãng vẫn đang tiếp tục thử nghiệm và phát triển công nghệ pin, và có thể trong tương lai, chúng ta sẽ thấy nhiều cải tiến hơn trong lĩnh vực này.

Về chi phí sản xuất, nghiên cứu cho thấy pin Tesla 4680 có chi phí cao hơn khoảng 10 USD/kWh so với pin Blade của BYD, phần lớn do giá thành của nguyên liệu. Với sự biến động của thị trường nguyên liệu thô, điều này có thể ảnh hưởng đáng kể đến chiến lược của Tesla trong dài hạn. Bên cạnh đó, hiệu suất nhiệt của hai loại pin cũng có sự khác biệt lớn. Pin Tesla 4680 có điện trở trong cao hơn, dẫn đến tích tụ nhiệt lớn hơn khi sạc nhanh hoặc vận hành ở mức công suất cao. Điều này có thể đặt ra những thách thức đối với độ bền lâu dài và yêu cầu hệ thống làm mát phức tạp hơn. Trong khi đó, pin Blade của BYD, nhờ vào hóa chất LFP, tự nhiên tạo ra ít nhiệt hơn và có khả năng chống thoát nhiệt tốt hơn, giúp giảm thiểu rủi ro quá nhiệt hoặc cháy nổ.

Với tất cả những yếu tố trên, thật khó để nói loại pin nào "tốt hơn", bởi mỗi công nghệ phục vụ một mục tiêu khác nhau. Pin Tesla 4680 với mật độ năng lượng cao có thể phù hợp hơn với các dòng xe sang trọng và xe hiệu suất cao, nơi trọng lượng nhẹ và công suất lớn là ưu tiên hàng đầu. Ngược lại, pin Blade của BYD với chi phí thấp, độ bền cao và an toàn vượt trội có thể là lựa chọn lý tưởng cho xe điện phổ thông và xe thương mại.

Tương lai của ngành công nghiệp xe điện có thể sẽ không chỉ dựa vào một công nghệ duy nhất, mà là sự kết hợp của nhiều giải pháp khác nhau để phục vụ các nhu cầu đa dạng của thị trường. Khi các nhà sản xuất tiếp tục cải tiến và phát triển công nghệ pin, chúng ta có thể mong đợi những bước tiến lớn hơn trong hiệu suất, độ bền và giá cả, giúp xe điện ngày càng trở nên phổ biến và cạnh tranh hơn với xe chạy xăng truyền thống. Cuộc đua vẫn chưa ngã ngũ, và trong những năm tới, chúng ta sẽ chứng kiến nhiều đột phá mới trong lĩnh vực này.

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Cell Reports Physical Science.