Rẻ, dồi dào và bền vững. Đó là những lời hứa hẹn của công nghệ pin Lithium-Sulfur mà một công ty khởi nghiệp tin rằng họ đã chinh phục thành công.
Lưu huỳnh (sulfur) có lẽ không phải là nguyên tố quyến rũ nhất—nhiều người có thể liên tưởng nó với mùi trứng thối, nước giếng có mùi khó chịu, hay thậm chí là ma quỷ. Nhưng với tư cách là một thành phần trong cực dương (cathode) của pin xe điện, lưu huỳnh lại mang đến rất nhiều tiềm năng. Nguyên tố màu vàng này nhẹ hơn, rẻ hơn nhiều so với coban, niken hay sắt thường thấy trong các cực dương ngày nay, và pin lithium-lưu huỳnh (Li-S) có thể mang lại hiệu suất vượt trội.
Zeta Energy, một công ty được thành lập vào năm 2019, tuyên bố họ đã tạo ra “pin lithium-lưu huỳnh thành công đầu tiên và duy nhất trên thế giới.” Cực dương dựa trên lưu huỳnh của Zeta có giá thành rẻ, không sử dụng coban, than chì, niken hay mangan. Lưu huỳnh, một sản phẩm phụ của quá trình lọc dầu, rất rẻ và có sẵn trên toàn thế giới, đồng thời có dấu chân carbon khiêm tốn. Công ty cũng đã phát triển một cực âm (anode) mới mà họ khẳng định có dung lượng cao hơn các công nghệ anode hiện tại và không bị ảnh hưởng bởi các tua gai (dendrite) phiền phức vốn đã cản trở sự phát triển của pin lithium kim loại.
Pin của Zeta sử dụng lithium kim loại thay vì các ion lithium xen kẽ, cho phép mật độ năng lượng cao hơn nhiều. Công ty đã đo được mật độ năng lượng riêng lên tới 450 Wh/kg—gần gấp đôi so với các loại pin lithium-ion tốt nhất hiện nay—và tốc độ sạc lên đến 10C.
Để hiểu sâu hơn về công nghệ đột phá này, chúng ta hãy cùng xem lại nội dung cuộc trao đổi với Tiến sĩ Rodrigo Salvatierra, Giám đốc Khoa học của Zeta Energy.
Từ Phòng Thí Nghiệm Đến Thử Nghiệm Thực Tế Cùng Stellantis
Hiện tại, công nghệ của Zeta Energy không còn là lý thuyết trên giấy tờ. Họ đang ở giai đoạn kiểm tra các thuộc tính của cell pin trong điều kiện môi trường thực tế của xe điện, và đối tác lớn nhất của họ chính là tập đoàn ô tô Stellantis (sở hữu các thương hiệu như Jeep, Ram, Peugeot, Citroën).
“Mối liên hệ chính của chúng tôi với thị trường là thông qua một thỏa thuận phát triển chung gần đây với Stellantis,” ông Salvatierra cho biết. “Mục đích của thỏa thuận đó là tạo ra những viên pin lithium-lưu huỳnh có thể vượt trội hơn pin lithium-ion ngày nay.”
Ông giải thích rằng việc thử nghiệm pin cho xe điện phức tạp hơn nhiều so với các thiết bị thông thường. “Khi bạn có một chiếc ô tô, bạn sẽ có các xung sạc và xả liên tục: ví dụ, khi bạn đạp phanh hoặc khi bạn tăng tốc. Hồ sơ lái xe đó tác động đến tuổi thọ chu kỳ ra sao, các cell pin lithium-lưu huỳnh hoạt động như thế nào dưới những điều kiện đó, điều này trước đây chưa được biết rõ.”
Ngoài Stellantis, Zeta cũng đã gửi các mẫu thử cho các OEM khác. Một số quan tâm đến các ứng dụng ở nhiệt độ thấp – một điểm yếu cố hữu của lưu huỳnh mà Zeta tuyên bố đã khắc phục. Một số khác lại quan tâm đến khả năng sạc nhanh, vốn là một thế mạnh của công nghệ Li-S.
“Vũ Khí Bí Mật”: Cấu Trúc Anode và Cathode Độc Quyền
Thành công của Zeta đến từ những đổi mới ở cả hai điện cực, anode và cathode.
Anode Lithium Kim Loại Chống Tua Gai (Dendrite)
Vấn đề lớn nhất của pin lithium kim loại trong quá khứ là sự hình thành các cấu trúc tua gai không mong muốn (dendrite) trong quá trình sạc/xả, có thể gây đoản mạch và cháy nổ. Zeta đã giải quyết vấn đề này bằng một chiến lược độc đáo.
“Thay vì có một lá lithium kim loại phẳng, chúng tôi phân bổ nó trên hàng tỷ ống nano carbon (CNT),” ông Salvatierra giải thích. Zeta đã phát triển một quy trình độc quyền để “trồng” các ống nano carbon này thành một “tấm thảm” thẳng đứng trên bề mặt lá kim loại. Lithium kim loại sau đó sẽ được phân bổ đều trên các thành bên của những “cây cột” nano này.
“Việc phân bổ lithium kim loại bên trong những tấm thảm này chính là cách chúng tôi ngăn chặn sự hình thành của các tua gai. Đó thực sự là tài sản trí tuệ của chúng tôi,” ông nói.
Cathode Carbon Lưu Huỳnh Hóa và Chất Điện Phân Riêng
Cực dương của Zeta cũng rất đặc biệt. “Nó không dựa trên lưu huỳnh nguyên tố—nó dựa trên một thứ chúng tôi gọi là carbon lưu huỳnh hóa (sulfurized carbon),” ông nói. Đây là một thành phần đặc biệt giúp liên kết với vật liệu hoạt động là lưu huỳnh.
Tuy nhiên, để anode và cathode độc đáo này hoạt động cùng nhau, chúng cần một “chất xúc tác” phù hợp. “Hệ thống của chúng tôi được thiết kế để sử dụng với chất điện phân lỏng giống như pin lithium-ion, nhưng để pin hoạt động với anode và cathode của chúng tôi, chúng tôi phải có công thức chất điện phân lỏng của riêng mình,” ông Salvatierra tiết lộ. Chất điện phân này có thể không tương thích với các loại cathode hoặc anode truyền thống.
Thách Thức Về Chuỗi Cung Ứng và Mở Rộng Quy Mô
Mặc dù có những đột phá trong phòng thí nghiệm, việc đưa pin Li-S ra sản xuất hàng loạt lại là một bài toán hoàn toàn khác.
“Hãy nhớ rằng pin lithium-lưu huỳnh liên quan đến hai dòng vật liệu hoàn toàn khác biệt so với pin lithium-ion,” ông Salvatierra nhấn mạnh. Thách thức lớn nhất là chuỗi cung ứng. “Bạn không thể tìm thấy ‘lưu huỳnh cấp pin’ ngày nay—không có thứ đó.”
Zeta phải tự phát triển quy trình để thẩm định và tinh chế lưu huỳnh từ các nguồn công nghiệp, chủ yếu là sản phẩm phụ của quá trình lọc dầu. Tin tốt là họ không phải tạo ra một chuỗi cung ứng mới, mà chỉ cần điều chỉnh một chuỗi cung ứng đã tồn tại.
Về mặt sản xuất, tin tốt hơn nữa là công nghệ của Zeta tương thích với các thiết bị hiện có. “Chúng tôi có thể sử dụng gần như tất cả các thiết bị lắp ráp pin lithium-ion hiện tại. Từ giai đoạn cell pin đến pack pin, mọi thứ đều giống nhau,” ông nói. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí và thời gian để mở rộng quy mô.
Hiện tại, Zeta đã hoàn thành vòng gọi vốn Series A vào năm 2023 và đang huy động vốn cho một nhà máy thí điểm. “Thị trường đang di chuyển khá nhanh, vì vậy chúng tôi không thể cho phép mình có nhiều sự chậm trễ.”
Câu Chuyện Bất Ngờ Về Lưu Huỳnh: Biến “Chất Thải” Thành “Vàng”
Một trong những khía cạnh hấp dẫn nhất của công nghệ Li-S chính là nguồn gốc của lưu huỳnh.
“Nguồn cung cấp lưu huỳnh chính—trên 90%—đến từ việc lọc dầu,” ông Salvatierra giải thích. “Pin lưu huỳnh mang lại cho bạn cơ hội duy nhất để đưa dầu mỏ trở thành một phần của nền kinh tế tuần hoàn bền vững.”
Lưu huỳnh không chỉ rẻ (giá dưới 60 cent/kg so với hơn 20 USD/kg của niken, coban), mà còn được phân bổ đồng đều về mặt địa lý. “Mọi quốc gia có thể khai thác hoặc lọc dầu đều sẽ sản xuất lưu huỳnh. Vì vậy, bạn có thể sản xuất pin tại địa phương,” ông nhấn mạnh.
Nguồn cung lưu huỳnh trên hành tinh là cực kỳ dồi dào. Ông Salvatierra trích dẫn một ví dụ đáng kinh ngạc: “Có một kim tự tháp lưu huỳnh ở Alberta (Canada) còn rộng hơn cả các kim tự tháp Giza ở Ai Cập. Một số đồng nghiệp của tôi đã tính toán: Nếu bạn thay thế tất cả các loại pin trên hành tinh bằng lưu huỳnh, bạn có thể chỉ sử dụng hết một nửa kim tự tháp đó.”
Góc Nhìn XecoV
Những tuyên bố từ Zeta Energy, nếu được chứng minh ở quy mô lớn, có thể không chỉ là một sự cải tiến, mà là một cuộc cách mạng thực sự cho ngành công nghiệp xe điện. Việc giải quyết cùng lúc ba vấn đề cốt lõi: chi phí (loại bỏ kim loại đắt tiền), sự bền vững (sử dụng sản phẩm phụ dồi dào), và hiệu suất (mật độ năng lượng gấp đôi) là một kỳ tích đáng nể.
Tuy nhiên, lịch sử của ngành công nghệ pin chứa đầy những “đột phá” trong phòng thí nghiệm nhưng lại thất bại khi bước ra thế giới thực. Thách thức lớn nhất của Zeta Energy giờ đây không nằm ở các phản ứng hóa học, mà nằm ở chuỗi cung ứng và kỹ thuật sản xuất. Việc họ phải tự tạo ra một tiêu chuẩn “lưu huỳnh cấp pin” và tự sản xuất các vật liệu điện cực độc quyền là một con đường đầy chông gai. Thỏa thuận với một gã khổng lồ như Stellantis chính là “phao cứu sinh” và là sự xác thực quan trọng nhất cho thấy họ đang đi đúng hướng.
Đối với thị trường Việt Nam, công nghệ pin luôn là yếu tố then chốt quyết định giá thành xe điện. Một công nghệ pin không cần đến coban hay niken đắt đỏ như lithium-sulfur có thể là lời giải cho bài toán xe điện giá cả phải chăng. Nếu các công ty như Zeta Energy thành công trong việc thương mại hóa, nó có thể mở ra một kỷ nguyên mới cho xe điện giá rẻ, tác động trực tiếp đến các hãng xe đang hoạt động và có kế hoạch vào Việt Nam, từ VinFast cho đến các thương hiệu Trung Quốc.
Zeta Energy đang đưa ra một lời hứa hẹn cực kỳ hấp dẫn. Thách thức của họ giờ đây không chỉ là chứng minh các con số trong phòng thí nghiệm, mà là biến “kim tự tháp lưu huỳnh” thành hàng triệu viên pin trên khắp thế giới. Đó là một chặng đường dài, nhưng nếu thành công, phần thưởng sẽ là vô giá.
