Sự thật về
chất Lithium dùng để chế tạo pin xe điện |
|
Ba tác
giả John Lương, Trần Cang, và Tôn Thất Di là giáo sư, kỹ sư trong các ngành
hóa học, điện tử tại Hoa Kỳ, Ireland, Canada, và Singapore. Ông John Lương
hiện sống tại Montreal, Canada; ông Trần Cang tại Colorado; và ông Tôn Thất
Di tại Orange County, California. Bài nghiên cứu chung của họ đã được đăng
trên mạng lưới diễn đàn khoa học thế giới MDPI tại Thụy Sĩ vào tháng 10 năm
2022, nay được tóm lược và dịch sang tiếng Việt dành cho độc giả Báo Viễn
Đông. Tựa đề nguyên thủy của bài viết là "Xe điện và các vấn đề dùng
Lithium để chế tạo bình điện". Bên cạnh về chính trị, một trong các vấn
đề có liên quan đến Lithium là liệu việc khai thác và sản xuất chất này để
làm bình điện, liệu có giúp giảm sự ô nhiễm môi trường của Trái Đất hay
không?
|
|
|
|
Ngoài Lithium,
các kim loại khác cần thiết trong việc chế tạo pin xe điện, tùy thuộc vào kỹ
thuật pin của các hãng khác nhau. Thông thường, một bình điện Lithium trong
xe cần vào khoảng 14 kg Cobalt (Co). Hơn 70% kim loại này trên thế giới được
đào lên từ các mỏ tại xứ Cộng Hòa Dân Chủ Congo ở Phi Châu, kế đến là từ Nga.
Các khoa học gia đã tìm thấy sự liên quan từ mỏ đào Cobalt đến nhiều trường
hợp bẩm sinh bất thường tại Congo. |
Các loại xe điện trên thị
trường hiện nay và công nghệ pin Lithium bảo vệ môi trường
1. Xe ô tô
1.1. Xe ô tô lai điện-động cơ đốt trong
Xe ô tô lai điện-động cơ đốt
trong
Xe hybrid, thường được gọi là xe lai hay xe lai
điện, là loại xe sử dụng hai nguồn động lực: Động cơ đốt
trong và động cơ điện. Hoạt động của xe này là sự kết hợp hoạt động
giữa động cơ đốt trong và động cơ điện sao cho tối ưu nhất. Một bộ điều khiển
sẽ quyết định khi nào động cơ đốt trong hoạt động, khi nào động cơ điện hoạt
động và khi nào cả hai cùng hoạt động.
Ví dụ một lợi ích rõ ràng của xe lai ở điều kiện
đường xá Việt Nam là: khi gặp đèn đỏ, hay khi kẹt xe thì trên xe lai,
không có động cơ nào hoạt động do đó không mất mát công suất vô ích.
Sự nỗ lực đáng kể nhất trong sự phát triển và
thương mại hóa xe lai điện được tạo ra bởi các nhà sản xuất người Nhật.
Năm 1997 Toyota đã cho ra mắt dòng sedan Prius ở Nhật, Honda cũng cho
ra dòng xe Civic và Civic Hybrid. Những chiếc xe trên
hiện đang lưu thông trên toàn thế giới. Chúng có thể đạt đến tính năng
tiêu thụ nhiên liệu tuyệt hảo. Toyota Prius và các dòng
xe Honda có một giá trị lịch sử vì chúng là những chiếc xe
lai đầu tiên đi vào thương mại hóa trong kỷ nguyên hiện đại để đáp
ứng vấn đề tiêu thụ nhiên liệu của xe.
1.2. Xe ô tô điện 100 %
Chúng ta có thể thấy ở đây một ví dụ với dòng xe
Cadillac ELR, với một hệ thống động cơ điện hình chữ T với pin lithium ion và
bốn động cơ điện. Nó sử dụng điện như là nguồn năng lượng chính để vận hành mà
không sử dụng xăng hoặc sản xuất khói xe. Khi năng lượng của pin thấp, ELR liên
tục chuyển sang chế độ mở rộng phạm vi cho phép lái xe hàng trăm dặm.
Xe ô tô điện 100%
2. Xe máy điện
Ngoài hệ thống ô tô điện thì hệ thống xe máy điện
cũng được các nhà sản xuất quan tâm như nhà sản xuất EVINO hay BIANCO của
Yamaha. Họ đã bắt tay vào việc chế tạo các loại xe máy chạy bằng điện có những
chức năng tương tự như xe máy chạy bằng xăng.
Theo một số tài liệu được nghiên cứu về tình hình
phát triển hiện nay của xe điện tại Việt Nam ta thấy: “ Những chiếc xe máy điện
trên thị trường được thết kế chủ yếu theo 2 mẫu xe của Yamaha là Bianco và
Evino, một số giống loại xe máy tay ga hiện hành. Tuy chạy bằng điện nhưng nhà
sản xuất vẫn để một nắp bình xăng giả phía sau cho giống với xe chạy bằng xăng.
Xe cũng được lắp vành đúc và giảm xóc như xe gắn máy.
Do bình ắc-quy không quá lớn nên các xe đều có một
cốp xe rất rộng dưới yên. Dưới gầm xe, thay vào chỗ của động cơ là một bình
ắc-quy dùng để tạo năng lượng. Mỗi ắc-quy này cần chừng ít nhất 3 tiếng đồng hồ
để nạp đầy, đủ để chạy một quãng đường chừng 80km, thích hợp với một người có
nhu cầu đi lại ở phạm vi hẹp. Xe có thể đạt vận tốc khoảng 40km/ giờ.
So với xe đạp điện, xe máy điện khác ở chỗ có công
suất lớn hơn, do đó có tốc độ cao hơn. Tuy nhiên, do dáng xe “nhái” theo kiểu
xe ga của các hãng nổi tiếng, nên không có bàn đạp. Về mặt kỹ thuật, xe máy
điện được vận hành theo nguyên lý truyền động, dạng động cơ điện một chiều
truyền động bằng trục chính của động cơ qua hộp giảm tốc để kéo xe thông qua
xích hoặc bánh răng với năng lượng lấy từ bình ắc-quy khô được đặt bên trong
thân xe.
Bình ắc-quy dùng cho xe điện được nạp bằng nguồn
điện từ 90 đến 204V. Với xe điện sản xuất trong nước, bình ắc-quy được sử dụng
thường là hàng của Nhật, có độ trữ lâu, chất lượng ổn định. Ngược lại bình
ắc-quy xe điện nhập từ Trung Quốc hay bị hư, chảy nước và cháy. Nay người ta
thay thế acquy bằng pin lithium ion khắc phục được nhược điểm trên và có kiểu
dáng rất bắt mắt: Mẫu xe máy điện mang tên EVINO được Yamaha mô tả là chiếc xe
dành cho khách hàng thường xuyên phải di chuyển trên các quãng đường ngắn, mong
muốn một chiếc xe máy điện có giá cả phải chăng.
EVINO có kích thước tổng thể 1.675 mm dài, 645
mm rộng và 1.005 mm cao, sử dụng pin lithium-ion.
Xe máy điện EVINO
3. Xe đạp điện
Trên thị trường hiện nay loại phương tiện xe điện
phổ biến nhất là xe đạp điện, một số nước phát triển ở Châu Á cũng đã và
đang phát triển mạnh loại phương tiện như xe đạp điện và xe mô tô điện …. Việc
phát triển hệ thống xe đạp điện dựa trên cơ sở nhu cầu thực tế của người sử
dụng. Một xe điện nói chung thì nhược điểm lớn nhất chính là nguồn điện cung
cấp cho xe hoạt động, chính vì vậy việc phát triển các loại xe mô tô điện hay
xe ô tô điện lại kém phát triển hơn xe đạp điện.
Chính vì các yếu tố về nguồn điện cung cấp, quãng
đường di chuyển ngắn, phương tiện nhỏ gọn và tốc độ vừa phải là ưu điểm lớn để
ngành sản xuất xe đạp điện ngày càng phát triển. Nhiều loại xe đạp điện ra đời
với nhiều tính năng và có tính thẩm mỹ cao. Các nhà sản xuất dã cho ra đời
nhiều dòng xe đạp điện khác nhau với nguồn nhiên liệu được cung cấp bởi ác quy
hoặc pin như là NIJIA, XMEN, ZOOMER, GIANT, AIMA, HKBIKE…trong đó nổi trội lên
có dòng xe đạp điện sử dụng pin Lithium-ion của AIMA và HKBIKE.
Kiêu hãnh và lộng lẫy là các mĩ từ chính xác nhất
để miêu tả chiếc xe đạp điện HKBIKE zinger extra. Xe được thiết kế theo phong
cách hiện đại trẻ trung và tinh tế. Hòa trộn với yếu tố thẩm mỹ chiếc xe đạp
zinger extra còn được trang bị những công nghệ tân tiến nhất tạo nên một chiếc
xe hoàn hảo, đầy đam mê và chinh phục không giới hạn.
Xe đạp điện
4. Giới thiệu về các loại xe điện sử dụng công nghệ
pin lithium-ion
Theo một báo cáo nghiên cứu thị trường gần đây,
tương lai của xe điện thuộc về công nghệ pin Lithium-ion. Đây là công nghệ đáng
mơ ước bởi hiệu suất vượt trội và khả năng tiết kiệm lý tưởng. Thế giới ngày
càng quan tâm đến vấn đề bảo vệ môi trường, hạn chế các chất độc hại. Pin
Lithium-ion là pin công nghệ cao, hiện đại, được ứng dụng trong những lĩnh vực
sản xuất pin cho smartphone và tablet, và ngành xe điện cũng không phải ngoại
lệ.
Trên xe điện, pin Lithium-ion có nhiều ưu điểm mật
độ năng lượng cao cho phép pin kích thước nhỏ và nhẹ mà xe vẫn đi được quãng
đường lớn ; điện áp ổn định giúp bảo vệ động cơ tốt. Ngoài ra về mặt môi
trường, pin sạch và thân thiện hơn. Công nghệ pin Lithium-ion ra đời tạo một
bước đột phá mới cho loại hình xe điện.
Cũng như điện thoại hay laptop, khả năng vận hành
của xe đạp điện phụ thuộc hoàn toàn vào sức mạnh của nguồn điện được tạo ra từ
ắc quy hoặc pin. Trong đó, ắc quy đã được ứng dụng từ rất lâu trên thị trường
và tồn tại tới ngày nay một phần do chi phí rẻ. Tuy nhiên những bất cập đi liền
với sự lỗi thời của ắc quy khiến khách hàng không khỏi lo ngại.
Chỉ với tuổi thọ 1-1,5 năm, độ bền của ắc quy theo
đó giảm sút đáng kể gây ra các vấn đề như hao mòn sulfat hóa hay chảy chì axit
làm tăng nguy cơ cháy nổ, ô nhiễm môi trường và tốn kém chi phí thay thế. Trong
quá trình sử dụng ắc quy đạt hiệu suất thấp hơn nhiều so với pin, quãng đường
di chuyển rất ngắn, chỉ tầm 20-30km/lần sạc.
Trong khi đó, pin đi được gấp nhiều lần ắc quy.
Nguyên tắc lưu trữ năng lượng của pin và ắc quy là muốn dung lượng nhiều, tương
đương quãng đường đi được nhiều, thì phải tăng kích thước. Tuy nhiên, để giữ
thiết kế và kiểu dáng cho xe điện, việc tăng kích thước phải trong giới hạn
nhất định. Những thông tin ắc quy trên xe điện đi tới 60-80 km/lần sạc chỉ là
lời quảng cáo của các hãng. Vì để làm được điều đó thì kích thước ắc quy sẽ rất
to, nặng, và thiết kế xe điện sẽ cồng kềnh quá mức.
Chưa kể, việc phải tải thêm trọng lượng bình ắc quy
quá lớn (18-20 kg) khiến xe càng đi chậm chạp và ì ạch hơn. Cần rất nhiều bình
ắc quy nặng từ 18-20 kg để xe điện có thể đi xa hơn. Pin Lithium-ion có ưu điểm
là mật độ năng lượng cao gấp nhiều lần so với ắc quy. Do vậy, cùng một kích
thước và khối lượng, pin có thể cung cấp được công suất điện cao hơn rất nhiều
ắc quy. Tức là, quãng đường đi được của xe cũng xa hơn rất nhiều, thậm chí đến
hàng trăm Kilomet nếu có những cải tiến đột phá và được sản xuất trên dây
chuyền hiện đai