Bước đột phá của Tesla trong thiết kế pin, giảm 50% chi phí chỉ nhờ loại bỏ một chi tiết

Trong sự kiện Battery Day của Tesla vào tháng Chín vừa qua, nhà sản xuất xe điện này đã gửi đi một thông điệp đến các nhà luyện kim và các kỹ sư hóa học trên toàn thế giới: Tesla đang phát triển một loại cell pin mới, được đặt tên là 4680, với dung lượng lớn hơn nhiều so với cell pin 2170 hiện đang được sử dụng.

Trong khi cell pin 4680 mới chỉ ở dạng nguyên mẫu và phải đến năm 2022 mới đi vào sản xuất hàng loạt, CEO Elon Musk và các kỹ sư đã tự tin rằng, loại cell pin với kích thước mới này sẽ khởi đầu cho việc thiết kế xe của Tesla với các cell pin 4680 trở thành một phần trong cấu trúc xe.

Thay đổi mấu chốt trong thiết kế mới này là việc loại bỏ phần "tab" – miếng kim loại gắn vào 2 điện cực trên pin để sạc và xả điện. Thay cho miếng tab đó là một dải dẫn điện được gắn ở 2 bên mép của tấm điện cực. Thiết kế này giúp rút ngắn hành trình của electron trong các tấm điện cực, cũng như giảm điện trở, giảm nhiệt lượng tạo ra trong quá trình sạc xả pin.

Với thiết kế mới của pin 4680, các miếng tab nhỏ gắn 2 điện cực âm và dương trên cell pin sẽ bị loại bỏ

Với thiết kế mới, cell pin 4680 sẽ tích trữ được nhiều năng lượng hơn và theo Tesla, nó sẽ giúp sản xuất nhanh hơn và rẻ hơn. Và với kích thước lớn hơn so với cell pin 2170, chúng có thể được sắp xếp để tạo thành sàn xe Tesla, giúp gia tăng độ cứng cho phần giữa thân xe cũng như loại bỏ được nhiều linh kiện phức tạp trong quá trình lắp ráp.

Thế nhưng ít người chú ý đến bước tiến lớn này của Tesla – ngoại trừ một chuyên gia công nghệ.

"Tôi sẽ cho họ điểm A+". Shirley Meng, người nghiên cứu về kỹ thuật nano và khoa học vật liệu tại đại học University of California San Diego. Đây cũng là nơi cô trở thành giám đốc sáng lập cho Trung tâm Năng lượng và Điện Bền vững của trường này.

Bằng sáng chế của Tesla cho thấy, ở mép tấm điện cực sẽ có một lớp chất dẫn điện mới, thay thế cho miếng tab mong manh.

Theo cô Meng, thiết kế tabless (không tab) trong cell pin Tesla mới "thực sự là một thành tựu kỹ thuật."

Đó là vì "cái tab đó từng là liên kết yếu nhất", cô giải thích. "Tesla xứng đáng nhận được 10 trên 10 vì giải quyết được vấn đề khó khăn này."

Cô Meng cũng thừa nhận rằng, thiết kế của cell pin 4680 (tên gọi này vì nó có đường kính 46mm và dài 80mm) có một số khía cạnh vượt quá tầm hiểu biết của cô, một nhà khoa học đã làm việc trong lĩnh vực này hơn một thập kỷ nay.

Cell pin 4680 mới của Tesla sẽ trông như thế này nếu nhìn từ trên xuống

Đó là vì cell pin này có nhiều điểm tiếp xúc được đặt bên trong cell pin, giúp phân phối năng lượng tốt hơn, thay vì "mọi hạt electron phải đi qua một sợi cáp nhỏ bé". Bằng cách loại bỏ điểm yếu này, cell pin mới có khả năng quản lý nhiệt tốt hơn so với cell pin 2170 hiện tại.

Đây chính là điểm sáng tạo nhất trong thiết kế cell pin này khi cô Meng cho biết "nó hoàn toàn mới mẻ so với những gì tôi biết. Các nhóm Hàn lâm đã không nhìn vào thiết kế này. Chúng tôi thường không nói chuyện về pin ở cấp độ này."

Mục tiêu của Tesla đối với cell pin mới cắt giảm chi phí sản xuất chỉ bằng 50% trong khi tăng mạnh mức điện năng mà nó có thể lưu trữ. Trên sân khấu của sự kiện Battery Day, ông Musk và phó chủ tịch Tesla, Drew Baglino cho biết, một cell pin mới tốt hơn là cách duy nhất để công ty có thể đạt được một mục tiêu tham vọng: tổng dung lượng pin sản xuất được đạt 3 TeraWatt (mỗi TeraWatt bằng 1.000 tỷ Watt) vào năm 2023.

Đó là một con số vô cùng lớn – nếu so với tổng số điện năng toàn thế giới dùng mỗi năm vào khoảng gần 18 TeraWatt – nhưng nó vẫn nhỏ bé khi ông Musk còn ước tính rằng nếu thay thế toàn bộ các phương tiện vận tải hiện tại bằng xe điện, sẽ phải cần đến tổng dung lượng pin khoảng 10 TeraWatt để đáp ứng nhu cầu.

Rõ ràng thế giới đang khát pin hơn bao giờ hết.

Tham khảo Business Insider