Đột phá KHCN - Đổi mới sáng tạo.

Sự kết hợp giữa thế mạnh về công nghệ vật liệu hóa học của Idemitsu và năng lực sản xuất ô tô hàng đầu của Toyota không chỉ hướng tới việc thương mại hóa pin thể rắn vào năm 2027-2028, mà còn mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành năng lượng sạch từ những phụ phẩm của quá trình lọc dầu.

Mới đây, Tập đoàn ô tô Toyota và Công ty năng lượng Idemitsu Kosan đã chính thức công bố thỏa thuận hợp tác chiến lược nhằm phát triển công nghệ sản xuất hàng loạt chất điện phân rắn và thiết lập chuỗi cung ứng toàn diện cho loại pin này. Đây được xem là bước đi mang tính bước ngoặt, nhằm hiện thực hóa mục tiêu đưa pin thể rắn – “chén thánh” của ngành xe điện – ra thị trường vào giai đoạn 2027-2028.

Từ phụ phẩm lọc dầu đến vật liệu năng lượng đột phá

Trọng tâm của dự án hợp tác lần này là chất điện phân rắn gốc sulfide. Trong giới khoa học vật liệu, sulfide được đánh giá là loại vật liệu triển vọng nhất nhờ đặc tính mềm, độ bám dính cao và khả năng dẫn truyền ion linh hoạt. Những đặc tính này không chỉ giúp pin đạt công suất lớn hơn mà còn cực kỳ phù hợp cho dây chuyền sản xuất quy mô hàng loạt.

Điều gây bất ngờ lớn nhất chính là nguồn gốc của loại vật liệu này. Idemitsu đã nghiên cứu thành công công nghệ sản xuất lithium sulfide – một vật liệu trung gian cho chất điện phân rắn – bằng cách tận dụng các phụ phẩm phát sinh trong quá trình lọc dầu. Với hơn 20 năm kinh nghiệm nghiên cứu (từ 2001), Idemitsu đã biến những gì vốn được coi là “phế phẩm” của ngành hóa thạch trở thành giải pháp then chốt cho lộ trình trung hòa carbon.
Để hiện thực hóa tham vọng này, Idemitsu đang không ngừng mở rộng năng lực sản xuất. Công ty hiện đang tăng dần công suất của cơ sở thí điểm quy mô nhỏ (đã công bố vào tháng 6/2023) và ráo riết triển khai kế hoạch xây dựng một cơ sở thí điểm quy mô lớn (đã công bố vào tháng 4/2022). Các mắt xích sản xuất này đóng vai trò quyết định, đảm bảo nguồn cung vật liệu ổn định cho mục tiêu thương mại hóa pin thể rắn vào năm 2027-2028.

Giải bài toán khó nhất của pin thể rắn: Độ bền và sản xuất hàng loạt

Tại buổi họp báo, ông Koji Sato, Chủ tịch kiêm CEO của Toyota, đã thẳng thắn chỉ ra thách thức lớn nhất của pin thể rắn suốt hàng thập kỷ qua chính là độ bền. “Việc sạc và xả liên tục khiến chất điện phân rắn xuất hiện các vết nứt, làm suy giảm hiệu suất pin nhanh chóng”, ông Sato chia sẻ.
Tuy nhiên, thông qua quá trình thử nghiệm lặp đi lặp lại từ năm 2013, sự kết hợp giữa công nghệ vật liệu linh hoạt, có độ bám dính cao của Idemitsu và công nghệ sản xuất pin của Toyota đã tạo ra một loại vật liệu mới có khả năng chống nứt vượt trội. Khi kết hợp chất điện phân này với các vật liệu cực dương, cực âm tiên tiến của Tập đoàn Toyota, bài toán về sự cân bằng giữa hiệu suất cao và độ bền bỉ đã tìm thấy lời giải.

Pin thể rắn sở hữu những ưu điểm vượt trội so với pin lithium-ion dạng lỏng hiện nay: thời gian sạc ngắn hơn, phạm vi hoạt động dài hơn, khả năng chịu nhiệt và điện áp cao cực kỳ ổn định. Điều này cho phép xe điện đáp ứng được mọi nhu cầu, từ xe thể thao cần hiệu năng cao đến xe thương mại cần tần suất sạc nhanh liên tục.

Lộ trình chiến lược 3 giai đoạn

Để đảm bảo dự án không chỉ dừng lại ở mức độ nghiên cứu, hai bên đã thiết lập một lực lượng đặc nhiệm (task force) gồm hàng chục chuyên gia hàng đầu về công nghệ, thu mua và hậu cần, triển khai theo 3 giai đoạn chặt chẽ:

1. Giai đoạn 1 (hiện tại): Tập trung tối ưu hóa chất điện phân rắn sulfide về mặt chất lượng, chi phí và thời gian sản xuất tại các cơ sở thử nghiệm nhỏ.

2. Giai đoạn 2 (chuẩn bị thương mại hóa): Idemitsu vận hành các cơ sở thí điểm quy mô lớn để hoàn thiện công nghệ sản xuất hàng loạt vật liệu. Trong khi đó, Toyota tập trung phát triển dòng xe BEV tích hợp pin thể rắn, đảm bảo đưa sản phẩm ra thị trường vào năm 2027-2028.

3. Giai đoạn 3 (sản xuất quy mô toàn cầu): Dựa trên kết quả thực tế, hai bên sẽ nghiên cứu mở rộng quy mô sản xuất hàng loạt và thương mại hóa toàn diện trên phạm vi thế giới.

Khát vọng thiết lập tiêu chuẩn toàn cầu từ Nhật Bản

Chủ tịch Idemitsu Kosan, ông Shunichi Kito khẳng định: “Thay đổi tương lai của ô tô cũng đồng nghĩa với việc thay đổi tương lai của năng lượng”. Sự kết hợp giữa năng lực chế tạo của Toyota và trình độ hóa học vật liệu của Idemitsu – hai đơn vị đang dẫn đầu thế giới về số lượng bằng sáng chế liên quan đến pin thể rắn – kỳ vọng sẽ tạo ra những đổi mới đột phá mang “gien” Nhật Bản.

Sự kiện này không chỉ là tin vui với người tiêu dùng xe điện mà còn là bài học kinh nghiệm quý giá cho các tập đoàn hóa chất và năng lượng toàn cầu về việc tận dụng tối đa chuỗi giá trị từ dầu khí để chuyển đổi sang năng lượng sạch. Việc bắt tay xuyên ngành giữa một đơn vị dẫn đầu về năng lượng và một đơn vị hàng đầu về chế tạo máy chính là chìa khóa để hiện thực hóa những tầm nhìn tưởng chừng như chỉ có trong mơ./.