Tại sao ắc quy khởi động xe lithium-ion chưa được sử dụng rộng rãi?

Vì vậy, khi chúng ta nói về ắc quy ô tô, hãy hiểu rằng chúng ta đang nói đến ắc quy khởi động – những bộ phận thiết yếu giúp khởi động và cung cấp năng lượng cho các loại xe chạy động cơ đốt trong truyền thống. Những ắc quy này khác với ắc quy kéo lớn mà xe điện (EV) sử dụng để vận hành cả về khoảng cách lẫn công suất. Mặc dù công nghệ Li-Ion ngày càng được sử dụng phổ biến trong nhiều ứng dụng khác nhau, nhưng nó vẫn khá hiếm gặp đối với ắc quy khởi động ô tô. Bài viết này sẽ đi sâu vào bức tranh tổng thể đằng sau thực tế đó, phân tích các vấn đề về công nghệ, kinh tế và hậu cần đã khiến pin lithium-ion chưa thể được triển khai rộng rãi trong lĩnh vực này.

Ắc quy khởi động ô tô có chức năng gì?

Loại pin khởi động bạn tìm thấy trong các phương tiện cơ giới được thiết kế để tạo ra một xung năng lượng ngắn, đủ để khởi động động cơ và bắt đầu quá trình đốt cháy. Chúng cũng cần phải hoạt động tốt nhất bất kể điều kiện môi trường như mùa đông lạnh giá hay mùa hè nóng bỏng, đồng thời phối hợp ăn ý với hệ thống điện tử của xe. Việc khởi động động cơ, trái ngược với pin xe điện vốn được tối ưu hóa cẩn thận cho mật độ năng lượng (xe đi quãng đường dài), có những yêu cầu hoàn toàn khác biệt: mật độ công suất và tuổi thọ trong các chu kỳ công suất cao. Điểm này rất quan trọng, vì nó đặt ra tiêu chuẩn cao mà mọi công nghệ pin cạnh tranh nào muốn đảm nhận chức năng này đều phải so sánh. Công nghệ ion lithium về cơ bản đã trưởng thành, nhưng ngay lập tức gặp phải hàng loạt vấn đề khi được áp dụng vào các ứng dụng này, những vấn đề mà chúng tôi sẽ đề cập trong các phần dưới đây.

Hạn chế về công nghệ và hiệu suất

Ắc-quy lithium-ion được sử dụng, thay thế cho loại ắc-quy chì-axit truyền thống, có mật độ năng lượng cao hơn và trọng lượng nhẹ hơn. Tuy nhiên, đối với nhiều ứng dụng, những lợi thế này lại không thực sự cần thiết. Một vấn đề khác là hiệu suất của chúng trong điều kiện nhiệt độ nóng và lạnh. Trong khí hậu lạnh, các tế bào lithium-ion có thể hoạt động kém vì chúng chỉ cung cấp một lượng giới hạn ampe khởi động, không đủ để nổ máy xe. Ngược lại, ắc-quy chì-axit vẫn hoạt động mạnh trong những điều kiện như vậy và luôn có thể cung cấp điện năng, ngay cả khi trời lạnh. Hơn nữa, ắc-quy lithium-ion nói trên còn đòi hỏi hệ thống giám sát điện áp phức tạp để ngăn tình trạng sạc quá mức và/hoặc các thiết bị ngăn xả sâu khi được sạc bằng các phương tiện sạc trên xe mà nó không tương thích, ví dụ như khi chính chiếc xe đó chỉ yêu cầu bộ phát hiện đơn giản hơn nhiều dành cho ắc-quy chì-axit. Ắc-quy lithium-ion cũng cần được theo dõi và quản lý chặt chẽ, nếu không chúng có thể bị hư hỏng hoặc phá hủy, điều này làm tăng thêm độ phức tạp và chi phí.

Lo ngại về Kinh tế và An toàn

Giá cả là một vấn đề khác đối với các ắc-quy khởi động lithium-ion. Chúng đắt hơn đáng kể khi sản xuất so với ắc-quy axit-chì, loại đã được hoàn thiện trong nhiều thập kỷ và có lợi thế về quy mô sản xuất. Tuy nhiên, ngay cả ở mức giá đó, ắc-quy axit-chì cũng chỉ vừa đủ đáp ứng nhu cầu của đa số người dùng cuối và nhà sản xuất. An toàn là một yếu tố quan trọng khác. Ắc-quy lithium-ion có thể nguy hiểm hoặc không an toàn nếu bị thủng, nóng lên hoặc bị đoản mạch. Đây cũng là một trong những lý do khiến, mặc dù không hoàn toàn an toàn, ắc-quy axit-chì lại an toàn/ổn định hơn trong điều kiện làm việc khắc nghiệt (như trong ngành ô tô). Do những yếu tố này, ắc-quy lithium-ion không phù hợp để sử dụng làm ắc-quy khởi động công suất lớn xét về khía cạnh kinh tế và an ninh.

Sự Phổ biến của Ắc-quy Axit-Chì

Có lý do vì sao ắc quy chì-axit đã tồn tại hơn 100 năm nay như một tiêu chuẩn khởi động trong ngành ô tô. Chúng rất đáng tin cậy và có thể cung cấp dòng điện cao cần thiết để đề máy mà không bị suy giảm nghiêm trọng khi xả. Hơn nữa, công nghệ này đã trưởng thành; nó đã có các quy trình sản xuất và tái chế hoàn trả phần lớn vật liệu về đúng vị trí, theo các nghiên cứu công bố cho rằng đây là giải pháp bền vững. Điều này cũng đi kèm thực tế là ắc quy chì-axit phù hợp với kiến trúc xe hiện có và đang chứng minh là thứ không yêu cầu thay đổi lớn trong hệ thống như trạm sạc hay cơ sở hạ tầng điện. Tất nhiên, việc dễ dàng tích hợp chúng vào các công nghệ và nhà máy khác nhau cùng với chi phí thấp khiến chúng trở thành lựa chọn rõ ràng. Tóm lại, ngành công nghiệp ô tô khó thu được lợi ích lớn nào từ việc chuyển sang sử dụng pin lithium-ion cho mục đích khởi động, đặc biệt khi công nghệ ắc quy chì-axit đã được thiết lập sẵn mang lại sự an tâm cho người tiêu dùng.

Triển vọng tương lai và xu hướng ngành

Tất cả điều đó có thể sẽ thay đổi trong tương lai đối với các ắc quy khởi động, nhưng dự kiến những thay đổi này sẽ chỉ ở mức khiêm tốn. Tuy nhiên, những hạn chế đó đang trở nên dễ kiểm soát hơn nhờ những tiến bộ trong hóa học lithium-ion, bao gồm các cập nhật đối với các dạng dẫn xuất khác nhau của lithium sắt phốt phát giúp chúng an toàn hơn và/hoặc cải thiện chi phí. Nhưng công nghệ sẽ cần phải phát triển, đồng thời các thực hành trong ngành và người tiêu dùng cũng sẽ phải thích nghi theo, các chuyên gia quan sát ngành cho biết. Khi các phương tiện tích hợp ngày càng nhiều tính năng điện tử và chuyển dịch sang xu hướng hybrid hóa, nhu cầu về ắc quy khởi động có thể thay đổi, từ đó mở ra cơ hội cho công nghệ lithium-ion. Tuy nhiên, ắc quy chì-axit sẽ tiếp tục là công nghệ dẫn đầu trong ngắn hạn, do đã có hệ thống hạ tầng vững chắc và mang lại lợi thế kinh tế. Việc chuyển đổi sang các công nghệ mới sẽ là sự pha trộn giữa sáng tạo và nhu cầu chức năng.

Tóm lại, pin xe li-ion không phổ biến trong hệ thống đề nổ tự động (start-stop) do những hạn chế về hiệu suất và chi phí, các mối lo ngại về an toàn, cũng như sự hiện diện mạnh mẽ của công nghệ ắc quy chì-axit đang chiếm ưu thế. Pin li-ion là công nghệ đầy hứa hẹn cho các ứng dụng khác, nhưng đến nay vẫn chưa được áp dụng nhiều trong việc khởi động xe truyền thống. Những thực tế này giải thích tại sao đổi mới vẫn đang được phát triển ở các lĩnh vực khác, trong khi các giải pháp đã được kiểm chứng lại được xem là phù hợp hơn với ngành công nghiệp ô tô.