Người dùng các thiết bị điện tử tiêu dùng chạy pin thường có một suy nghĩ trong đầu là thiết bị ấy chạy được bao lâu trước khi cần được sạc lại. Tùy vào thiết bị và cách sử dụng, nhưng nhìn chung hiện nay thời gian này chỉ khoảng một ngày.
Vì vậy, không có gì ngạc nhiên khi các nhà nghiên cứu đang phải chịu sức ép cần cho ra được một loại pin nào đó không chỉ sử dụng được lâu hơn giữa các lần sạc, mà pin còn phải nhỏ, gọn hơn. Thách thức này không chỉ hướng đến thế giới tiêu dùng, mà còn cả trong các lĩnh vực công nghiệp và tự động hóa, xe cộ. Ngoài ra, còn thêm một yếu tố khác tăng thêm thách thức là phải làm sao cho môi trường sạch, với xu thế giảm lượng carbon. Làm thế nào có thể tạo điện năng bằng những nguồn năng lượng tái tạo, cất trữ chúng để sử dụng được sau này?
 |
Lưu trữ điện năng là một trong những lĩnh vực mà nhà nghiên cứu David Willetts đưa vào nghiên cứu có nhan đề Eight Great Technologies của ông xuất bản hồi năm 2013. Trong nghiên cứu này, Willetts ghi nhận rằng: "Chúng ta cần tìm ra phương pháp nào đó tốt hơn để lưu trữ điện năng. Nhu cầu này cần ba mức độ riêng biệt. Đầu tiên là pin cho các thiết bị điện tử cá nhân. Mức thứ hai là phát triển lưu trữ điện năng cho xe cộ. Và thứ ba là thách thức về lưu trữ điện lưới."
Pin cho các sản phẩm điện tử tiêu dùng chỉ là một trong những lĩnh vực mà các nhà khoa học Anh Quốc đang mải miết nghiên cứu. Người Anh phát minh ra pin Li-ion hồi năm 1980, và người Nhật sau đó đã giải quyết được các bài toán về sản xuất để rồi pin Li-ion lần đầu tiên xuất hiện trên thị trường vào năm 1989.
Rob Saunders, trưởng mảng năng lượng tại Innovate UK, cho biết: "Chúng tôi nhận thấy đang có một nhu cầu cấp thiết về các công nghệ pin thế hệ tiếp theo, trong đó có vài công ty Anh Quốc đang rất quan tâm như Oxis và Faradian. Những công ty này có vài giải pháp công nghệ rất thú vị, có thể đưa ra được loại pin tốt hơn cả Li-ion."
Saunders cũng cho biết một số đại học tại Anh Quốc cũng đang nghiên cứu về pin. Ông cho biết thêm: "Có nhiều nghiên cứu đang được tiến hành, chủ yếu trong ngành học khoa học vật liệu liên quan đến hóa-điện về sạc và phóng điện. Ví dụ, nghiên cứu của Claire Grey ở đại học Cambridge có tiềm năng cách mạng hóa cách mà pin được sạc và phóng điện, có thể pin sẽ có tuổi thọ lâu hơn."
Còn Anna Wise, trưởng nhóm nghiên cứu pin tại Innovate UK, bổ sung: "Faraday Challenge sẽ là cơ hội thú vị để tái tạo công nghệ do chính người Anh phát minh trước đây." Giải Faraday Challenge nhấn mạnh đến những cơ hội về công nghệ liên quan đến pin nhằm thay thế cho pin Li-ion. Một trong những trọng tâm của giải thưởng này là phục vụ cho mảng xe cộ và xe điện (EV).
 |
| Hộp pin 48 cell này do Williams Advanced Engineering thiết kế, sử dụng các cell 3Ah của Faradion. |
Faraday Challenge là chương trình bốn năm, do Greg Clark lập ra với mức đầu tư đến 246 triệu bảng Anh nhằm đảm bảo Anh Quốc đi đầu thế giới về thiết kế, phát triển và sản xuất pin cho các thiết bị điện tử, xe cộ.
Wise cho biết: "Hiện chúng tôi đang chạy vài dự án lớn, một trong số đó là AMPLiFII, là dự án tạo một dây chuyền sản xuất mà ngành công nghiệp có thể ứng dụng được."
AMPLiFII, viết tắt của Antomated Module-to-pack Pilot Line for Industrial Innovation, là dự án 14 triệu bảng Anh, do hiệp hội Warwick Manufacturing Group quản lý, tìm cách phát triển thế hệ pin mới cho xe EV và xe lai. Wise giải thích: "Tại sao chúng tôi tập trung vào xe cộ? Bởi vì đây là thị trường rất lớn. Chỉ riêng tại Anh mỗi năm sản xuất mới 1,7 triệu chiếc xe và nếu chỉ cần 50% trong số này chạy pin thì nhiêu đó cũng đủ là động lực cho chúng tôi nghiên cứu."
Còn Saunders lại tin rằng lúc này chính là thời điểm hoàn hảo để tập trung vào EV, một ví dụ điển hình là mới đây hãng xe Volvo công bố mọi xe mà họ sản xuất từ năm 2019 tới sẽ dùng động cơ điện. Ông cho biết: "Volvo biết xu hướng chuyển sang dòng xe EV là rất nhanh, nên điều quan trọng là cần phải nhanh chóng phát triển được một công nghệ pin và sản xuất được ra thành phẩm."
Wise củng cố quan điểm này khi cho rằng: "Tại Anh, chúng tôi có khả năng thực hiện được điều này. Vì nhiều công nghệ trước nay được phát minh tại Anh và chúng tôi có kinh nghiệm về công nghệ pin."
Cả Wise và Saunders tin rằng Faraday Challenge sẽ tạo ra nhiều ích lợi khác, không riêng gì mảng pin dành cho xe cộ. Saunders cho biết: "Nghiên cứu pin có thể xem là ngành khoa học nền tảng, từ đó sẽ áp dụng được cho nhiều lĩnh vực khác nhau, ứng dụng khác nhau liên quan đến lưu trữ năng lượng."
Nhưng có lẽ cơ hội lớn nhất cho các công ty Anh Quốc phát triển hệ thống điện năng của họ, là quan điểm thứ ba của Willetts nêu ở đầu bài viết này.
Saunders cho rằng: "Đây là cơ hội rất lớn cho các công ty Anh Quốc để phát triển các nội dung thuật toán và điều khiển, cho phép lưu trữ năng lượng ở quy mô lớn, giúp cân bằng được hệ thống điện năng của Anh Quốc. Lưu trữ là một cách tăng tính linh động cho hệ thống lưới điện, bất kể đó dùng cho một chiếc xe hay một nhà máy điện. Nhưng việc cân bằng hệ thống lưới điện đang ngày càng khó hơn."
Một trong những thách thức về việc quản lý nguồn lưới điện phạm vi rộng là cách mà người dùng sử dụng điện. Theo Saunders, nhờ có công nghệ pin mới mà việc đáp ứng nguồn điện sẽ giảm tải nhiều cho lưới điện.
Có một số liệu thống kê khá thú vị tại Anh Quốc, là trong một khoảng thời gian ngắn tháng 6 vừa qua, có khoảng 36% điện tại Anh Quốc là từ các nguồn năng lượng tái tạo. Trước đó, vào tháng năm, Anh Quốc có được một ngày đầu tiên không sử dụng than cấp cho các nhà máy điện cung cấp điện cho lưới điện.
 |
| Volvo cho biết họ sẽ chuyển sang động cơ điện hoàn toàn vào năm 2019. Điều này có nghĩa là thị trường sẽ cần nhiều công nghệ pin hiệu quả hơn hiện nay. |
Do vậy, Saunders rất phấn chấn: "Chúng ta đang bắt đầu thấy pin được sử dụng rộng rãi hơn, ở quy mô lớn hơn. Ví dụ như vài trang trại năng lượng gió ở ngoài biển đang đóng góp rất nhiều điện, và là kho lưu trữ điện năng tốt. Đây có thể xem là mô hình thú vị, vì từ đó có thể vài nhà máy điện truyền thống sẽ bắt đầu ứng dụng pin trữ điện."
Nói đến tích điện, trữ điện cũng là nói đến pin, nhưng Saunders lưu ý: "Chúng tôi trữ điện theo cách mà chúng tôi không nghĩ đến. Hệ thống trữ gas vô cùng lớn và chúng tôi cũng có rất nhiều điện năng trữ trong xe ô tô." Ví dụ, Upside Energy phát triển một giải pháp tích điện dựa trên hệ thống đám mây, lấy nguồn điện được lưu trữ trên những hệ thống vận hành liên tục, các tấm panel mặt trời, EV và hệ thống sưởi trong nhà. Họ gọi giải pháp này là Virtual Energy Store, có thể bán điện lại cho điện lưới, giúp lưới điện cân bằng nhu cầu tiêu thụ điện của người dùng.
Và còn có giải pháp lưu trữ nhiệt. Saunders cho biết: "Để có thể lưu trữ nhiệt năng rẻ và dễ, không chiếm quá nhiều không gian là thách thức thực sự, nhưng giúp tối ưu được hệ thống điện năng." Một công ty đang theo đuổi giải pháp này là Highview Power, đang phát triển các nhà máy điện khí lỏng, có thể cung cấp hơn 200MW. Tương tự, Dearman đang sử dụng khí hóa lỏng và ni-tơ hóa lỏng cho điện.
Saunders kết luận: "Innovate UK đang hỗ trợ tài chính cho các chương trình phát triển công nghệ pin, với mục đích tìm được giải pháp tối ưu cho thị trường pin công nghiệp và EV. Đây thực sự là cơ hội, và cũng là thách thức không nhỏ."
CÙNG CHUYÊN MỤC
