Tin thị trường và sản phẩm

Nhiệt độ tăng làm tăng tốc quá trình lão hóa, nhưng công nghệ hóa học đang giúp kéo dài tuổi thọ pin

Xe điện là một công cụ quan trọng trong việc giảm phát thải carbon trong lĩnh vực giao thông vận tải. Nhờ chi phí pin giảm và các chính sách khuyến khích, tỷ lệ xe điện trong doanh số bán xe mới toàn cầu đã tăng từ 3% lên 18% trong giai đoạn 2019–2023, theo báo cáo của Cơ quan Năng lượng Quốc tế.

Tuy nhiên, việc phổ biến xe điện đang diễn ra song song với tình trạng khí hậu ngày càng xấu đi và khó đảo ngược do lượng phát thải trong quá khứ. Do hiệu suất pin phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, chính vì sự ấm lên toàn cầu mà xe điện phải hứng chịu sự suy giảm hiệu quả hoạt động. Một nghiên cứu mô hình mới cho thấy điều này rất có khả năng xảy ra, đồng thời dự đoán rằng các loại pin tiên tiến, mới hơn sẽ hoạt động tốt hơn so với các thế hệ cũ.

“Nhiệt độ cao làm tăng tốc các phản ứng phụ bên trong pin,” Haochi Wu, nhà nghiên cứu hệ thống năng lượng tại Đại học Michigan, cho biết. “Những phản ứng này tiêu hao lithium hoạt động và dần làm suy giảm pin. Ở các vùng khí hậu nóng hơn, tốc độ các phản ứng này tăng lên.”

Để nghiên cứu hiệu suất pin, Wu và các cộng sự đã kết hợp các mô hình suy giảm pin với dự báo khí hậu độ phân giải cao cho 300 thành phố trên toàn thế giới. Họ phát hiện rằng các loại pin xe điện đời cũ (2010–2018) có thể mất trung bình khoảng 8% tuổi thọ trong điều kiện nhiệt độ tăng 2°C, và có thể giảm tới 30% ở những khu vực nóng nhất.

“Sự khác biệt nhiệt độ giữa các khu vực đã đóng vai trò lớn trong tuổi thọ pin,” Dirk Uwe Sauer, giáo sư về năng lượng điện hóa tại Viện Helmholtz Münster (không tham gia nghiên cứu), nhận định. “Một chiếc xe điện được thiết kế cho Trung Âu có thể hoạt động rất khác khi sử dụng ở những nơi nóng hơn nhiều như Bangkok.”

Wu và các cộng sự cũng chỉ ra một xu hướng tích cực: những cải tiến nhanh chóng trong hóa học pin đang giúp các loại pin xe điện mới trở nên bền hơn trước nhiệt độ cao.
“Các khu vực xích đạo và nhiệt đới—như Đông Nam Á, Trung Đông và châu Phi—nơi trước đây bị suy giảm mạnh do nhiệt với công nghệ cũ, đang chứng kiến sự cải thiện đáng kể về tuổi thọ pin,” đồng tác giả Michael Craig từ Đại học Michigan cho biết.

Sauer lưu ý rằng pin hiện đại thường có tuổi thọ đủ dài đến mức khó bị hỏng chỉ do quãng đường sử dụng. Thay vào đó, “lão hóa theo thời gian”—chủ yếu do nhiệt độ—đang trở thành yếu tố chi phối chính.

Theo Wu, những tiến bộ này không đến từ một đột phá đơn lẻ. Khi sản xuất được mở rộng, thiết kế và quy trình chế tạo pin đã được cải thiện trên nhiều khía cạnh, từ vật liệu điện cực, phụ gia điện giải đến lớp phủ và quy trình sản xuất.

“Điều này rất quan trọng vì pin xe điện cần có tuổi thọ 15–20 năm,” Hugh Geaney từ Đại học Limerick, một chuyên gia về pin (không tham gia nghiên cứu), cho biết. “Thật đáng yên tâm khi nhiệt độ toàn cầu tăng sẽ không làm giảm đáng kể tuổi thọ pin.”

Geaney cũng cho rằng vẫn còn nhiều bất định trong việc mô hình hóa tuổi thọ pin—đặc biệt khi các công nghệ hóa học mới xuất hiện—và cách sử dụng thực tế có thể khác nhau. Tuy nhiên, khi có thêm dữ liệu thực tế, các mô hình này sẽ ngày càng chính xác hơn.

Sauer cũng cảnh báo không nên khái quát hóa quá mức hiệu suất pin. “Hành vi lão hóa phụ thuộc rất lớn vào từng loại pin cụ thể, vì vậy tôi thận trọng khi đưa ra nhận định chung về pin lithium-ion,” ông nói. “Ngay cả những pin có cùng nhãn hóa học cũng có thể hoạt động rất khác nhau. Nhưng xu hướng chung là rõ ràng: các nhà sản xuất có nhiều lựa chọn để làm cho pin chịu nhiệt tốt hơn.”

Nhiệt độ toàn cầu tăng sẽ tiếp tục là thách thức đối với pin xe điện, và cần có thêm cải tiến khi công nghệ phát triển. Các hệ thống mới nổi, bao gồm pin thể rắn và pin anode silicon, hứa hẹn mật độ năng lượng cao hơn và độ an toàn tốt hơn, nhưng độ bền của chúng trong điều kiện nhiệt độ cao vẫn còn là câu hỏi.

“Các nghiên cứu về pin xe điện trong tương lai cần tính đến tuổi thọ dài hơn và nhiệt độ cao hơn trong bối cảnh khí hậu ấm lên,” Wu nhấn mạnh.