Chiến Lược Để Hoa Kỳ Vượt Qua Trung Quốc Trong Cuộc Đua Công Nghệ Bình Điện Thể Rắn

 

Chỉ mới cách đây chừng năm năm, sự phát triển của xe điện (EV) được nhiều chuyên gia trong ngành xe hơi đánh giá là tất yếu, không thể đảo ngược. Tuy nhiên, trong năm 2024 đánh dấu sự chậm lại đáng kể của thị trường xe điện. Nguyên nhân là tại thời điểm này, xe điện gặp một số vấn đề chưa thể giải quyết tức thời, khiến người mua ngần ngại trong quyết định chuyển sang xe điện. Một số nhược điểm có thể của EV là giá thành tương đối cao, trọng lượng xe nặng do hệ thống bình điện lớn, phạm vi di chuyển sau một lần sạc còn tương đối thấp, thời gian sạc bình lâu, số trạm sạc nhanh công cộng còn tương đối ít…

 

Cũng trong vài năm gần đây, công nghệ bình điện thể rắn được nhắc tới nhiều. Giới chuyên gia tin rằng  loại bình điện thế hệ mới này sẽ đóng vai trò quyết định cho việc tồn tại và phát triển của EV trên toàn thế giới. Những chiếc xe điện được trang bị chúng sẽ nhẹ hơn, an toàn hơn, có phạm vi di chuyển xa hơn, giá thành rẻ hơn. Có nghĩa là hầu như bao gồm mọi điều kiện để người mua tự tin hơn chuyển sang sử dụng xe điện.

 

Trong thập niên qua, Trung Quốc thống trị ngành công nghiệp bình điện, với kỹ thuật công nghệ pin hiện tại là lithium-ion. Thị phần toàn cầu của Trung Quốc hiện nay là khoảng 70–90%. Nhật Bản và Hàn Quốc đứng kế tiếp, và Hoa Kỳ đứng vị trí thứ tư. Hoa Kỳ gần như phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn nhập khẩu từ châu Á đối với các loại pin này.

 

Khi thế giới có khuynh hướng chuyển sang bình điện thể rắn, một cơ hội lớn mở ra cho nước Mỹ. Một bài báo đăng trên trang mạng carnegieendowment.org trong tháng 10 2024 đã phân tích chi tiết về cơ hội để Hoa Kỳ lấy lại vị trí dẫn đầu trong ngành sản xuất thế hệ bình điện tương lai.

 

Bình điện thể rắn có cấu trúc hoàn toàn mới so với pin lithium-ion ngày nay. Nó thay chất lỏng điện phân bằng thể rắn; đồng thời loại bỏ than chì, một vật liệu mà Trung Quốc đang nắm quyền kiểm soát sản xuất. Một số công ty và viện nghiên cứu Mỹ bắt đầu nỗ lực thương mại hóa bình điện thể rắn. Họ cần Washington có hành động mạnh mẽ và nhanh chóng, đưa ra các chính sách hỗ trợ các công ty Hoa Kỳ trong cạnh tranh toàn cầu, vượt qua vị trí dẫn đầu của Trung Quốc. Cu thể là Hoa Kỳ nên tăng gấp đôi kinh phí cho nghiên cứu và phát triển (R&D); mở rộng quy mô sản xuất thương mại; sử dụng chi tiêu công để tạo ra thị trường giúp cho các công ty nội địa yên tâm sản xuất trong thời gian đầu.

 

Trở lại với tình trạng tụt hậu của Mỹ trong lĩnh vực pin lithium-ion, vốn chỉ mới bắt đầu đổ tiền vào ngành công nghiệp pin nội địa. Trong hai năm qua, đầu tư của Hoa Kỳ vào sản xuất, tinh chế khoáng sản quan trọng đã tăng ít nhất gấp ba lần, với tổng đầu tư sản xuất pin là 40.9 tỷ đô la trong hai năm 2023- 2024. Điều này có được phần lớn là nhờ các chính sách và ưu đãi của chính phủ Biden; đặc biệt là các khoản tín dụng thuế trong Đạo Luật Giảm Lạm Phát. Nhưng việc tập trung đầu tư này quá trễ, vì Trung Quốc đã đi quá xa sau nhiều thập niên. Bắt đầu từ năm 2001, Bắc Kinh đã đưa xe điện (EV) và bình điện trở thành ưu tiên trong kế hoạch 5 năm kinh tế quốc dân. Lãnh đạo Trung Quốc nhận định rằng khó bắt kịp Hoa Kỳ và Nhật Bản trong lĩnh vực công nghệ động cơ đốt trong, cho nên tập trung vào xe điện. Đến cuối những năm 2000s, chính phủ Trung Quốc hỗ trợ rất lớn cho các công ty sản xuất bình điện EV, bao gồm giảm thuế, cho thuê đất giá rẻ, tận dụng mua sắm công… Hỗ trợ của chính phủ cho ngành pin và EV lên tới 230 tỷ đô la từ năm 2009 đến năm 2023. Kết quả là Trung Quốc thống trị hoạt động sản xuất. Các công ty Trung Quốc không chỉ khai thác khoáng sản trong nước mà còn ở nước ngoài. Hơn 90% nguồn cung cấp lithium của Châu Phi đều có phần sở hữu của các công ty Trung Quốc.

 

Sau ba thập niên thống trị thị trường, pin lithium-ion đang tiến gần đến giới hạn lý thuyết về hiệu suất, thể hiện nhiều nhược điểm, dẫn đến khả năng được thay thế bằng pin thể rắn. Ưu điểm đầu tiên của pin thế hệ mới là tính an toàn. Pin lithium-ion sử dụng chất điện phân lỏng vốn dễ cháy; khi vượt qua ngưỡng nhiệt độ chúng có thể phát nổ. Trong khi đó, pin mới an toàn hơn nhiều nhờ sử dụng chất điện phân thể rắn, với đặc điểm không bị mất kiểm soát nhiệt phản ứng dây chuyền.

 

Một ưu điểm khác của pin thể rắn là vượt trội pin lithium-ion về hiệu suất; thí dụ như mật độ năng lượng theo thể tích và trọng lượng, mật độ công suất, tốc độ sạc và độ bền. Những lợi thế này đều mang lại những khả năng mang tính cách mạng. Pin thể rắn có thể mở khóa các thế hệ thiết bị điện tử xách tay, mở rộng phạm vi di chuyển và hiệu suất của máy bay không người lái. Nó có thể cho phép xe điện di chuyển hơn 1,000 dặm chỉ với một lần sạc; có công suất gấp năm lần so với bình điện EV hiện nay. Ngoài ra còn có những lợi thế về mặt quân sự. Pin có mật độ năng lượng cao có thể cung cấp năng lượng cho tàu ngầm; cho phép quân đội cung cấp năng lượng cho các thiết bị quân sự trong thời gian dài hơn và với trọng lượng nhẹ hơn.

 

Bên cạnh việc sử dụng chất điện phân thể rắn, một trong những thay đổi kỹ thuật quan trong khác của pin thế hệ mới là loại bỏ một thành phần chính của pin hiện tại: cực dương than chì lưu trữ các ion dương và giải phóng chúng trong quá trình xả. Việc thay thế than chì bằng cực dương kim loại lithium sẽ cho phép tạo ra cấu ​​trúc có mật độ năng lượng cao hơn và tốc độ sạc nhanh hơn. Tuy nhiên, thay đổi này đòi hỏi phải thiết kế lại hầu như toàn bộ cấu trúc pin.

 

Nhiều chuyên gia gọi pin thể rắn là “chén thánh” của sự phát triển công nghệ pin. Do đó, không có gì ngạc nhiên khi cuộc đua phát triển và mở rộng quy mô sản xuất pin thể rắn đang trở nên gay gắt hơn. Hoa Kỳ có những lợi thế quan trọng, nhưng Trung Quốc và các đối thủ cạnh tranh khác cũng không muốn thua kém. Trong nhiều thập niên, Hoa Kỳ đã xây dựng được vị thế dẫn đầu trong nhiều ngành công nghệ kỹ thuật nhờ đầu tư mạnh vào nghiên cứu phát triển (R&D) của các viện nghiên cứu và các công ty khởi nghiệp. Hiện nay Mỹ có nhiều công ty đang phát triển pin thể rắn, nhưng QuantumScape là công ty duy nhất có giá trị hàng tỷ đô la. Công ty này thỏa thuận cấp giấy phép công nghệ và sản xuất với hãng xe Volkswagen Group. Các công ty sản xuất pin lớn nhất của Trung Quốc, bao gồm CATL và BYD hợp tác như một tập đoàn do chính phủ đứng đầu, đang đẩy mạnh tiến trình thương mại hóa pin thể rắn. Các nhà sản xuất xe Nhật Bản Toyota, Honda, Nissan đang nhắm mục tiêu sản xuất bình điện thể rắn trong một vài năm tới. Tập đoàn Samsung của Đại Hàn Quốc mục tiêu sản xuất hàng loạt bình điện thể rắn cho EV vào năm 2027.

 

Đến năm 2035, Bloomberg dự báo rằng 20–30% thị trường pin toàn cầu sẽ là pin thể rắn với cực dương kim loại lithium. Những chiếc xe điện đầu tiên, thiết bị điện tử tiêu dùng và thiết bị quân sự sử dụng pin thế hệ mới có thể xuất hiện trong vòng hai hoặc ba năm nữa.

 

Để giành chiến thắng trong cuộc đua ngành công nghệ kỹ thuật mới này, Hoa Kỳ cần có một loạt các chính sách phối hợp. Các chuyên gia đề nghị chính quyền Mỹ nên thực hiện ngay các chính sách sau đây: (1) tài trợ R&D mạnh mẽ, (2) nhanh chóng mở rộng quy mô sản xuất, (3) bảo vệ thị trường để phát triển các sản phẩm mới.

Cần khuyến khích, tài trợ các trường đại học, viện nghiên cứu, phòng thí nghiệm quốc gia để phát triển pin thể rắn. Nhờ tài trợ R&D mạnh mẽ của chính quyền Trung Quốc, 68% các tài liệu kỹ thuật về công nghệ mới này hiện nay thuộc các viện nghiên cứu của Trung Quốc, so với chỉ 10% từ Hoa Kỳ. Quốc hội Hoa Kỳ cần tăng nhanh khoản phân bổ thông qua Quỹ Khoa Học Quốc Gia (NSF), Bộ Năng lượng, Bộ Quốc Phòng… cho hoạt động R&D pin thế hệ tiếp theo. Điều này sẽ giúp đẩy mạnh các nghiên cứu quan trọng, bao gồm cả công nghệ pin trong tương lai có mật độ năng lượng cao đến mức có thể cung cấp năng lượng cho hàng không đường dài.

 

Chính phủ Hoa Kỳ cần tăng nguồn tài trợ cho việc mở rộng quy mô sản xuất pin thể rắn. Các công ty đi đầu trong việc phát triển pin thể rắn với cực dương kim loại lithium cần hàng chục triệu đô la (thậm chí hàng trăm triệu đô la) tiền tài trợ và vốn vay chi phí thấp để xây dựng các dây chuyền thí nghiệm, giúp giải quyết những vấn đề trong công nghệ. Nguồn tài trợ này cũng rất cần thiết để mở rộng quy mô sản xuất của các công ty hiện nay lên ít nhất một gigawatt-giờ—đủ để cung cấp năng lượng cho 1,000 xe điện—và lên hàng trăm gigawatt-giờ vào cuối thập niên này. Bộ Năng Lượng, Bộ Quốc Phòng cần hỗ trợ các nhà sản xuất pin thế hệ mới. Quốc Hội nên thông qua ưu đãi thuế.

 

Cần tạo ra các cơ hội thị trường cho các nhà sản xuất pin thể rắn của Hoa Kỳ, giúp họ bán được sản phẩm mà không sợ cạnh tranh với các nhà sản xuất Trung Quốc có giá thành thấp. Để sản xuất đạt được quy mô cần thiết và giảm chi phí, các công ty cần tích lũy kinh nghiệm; những sản phẩm ban đầu cần được thử nghiệm trên thực tế. Mua sắm của chính phủ là một công cụ lý tưởng để thực hiện điều này.

 

Quân đội Hoa Kỳ có thể cung cấp cho các công ty nội địa một thị trường chuyên dụng, thí dụ như bình điện thể rắn cho các xe quân sự, máy bay không người lái… bảo đảm rằng công nghệ pin lithium-ion hiện tại và các nhà cung cấp Trung Quốc không đủ điều kiện cung cấp. Tương tự như vậy, những thị trường khác thuộc chính phủ quản lý có thể là đội xe của bưu điện, xe dành cho các cơ quan chính phủ... Những thị trường ban đầu này rất quan trọng đối với các dây chuyền sản xuất mới; bảo đảm công suất hoạt động có hiệu quả. Ngành hành pháp có một số quyền hạn để thực hiện các đợt mua sắm nhỏ kiểu này, ưu tiên cho các sản phẩm pin thế hệ mới. Khi xây dựng các chính sách thương mại, các nhà hoạch định nên bảo đảm rằng các đối thủ cạnh tranh không thể lợi dụng thị trường Mỹ để mở rộng quy mô sản xuất của mình.