Bên trong nhà máy thu nhỏ của GM nhằm định hình tương lai xe điện

🌐 BÊN TRONG NHÀ MÁY THU NHỎ CỦA GM NHẰM ĐỊNH HÌNH TƯƠNG LAI XE ĐIỆN

Nếu lái xe qua khuôn viên rộng lớn của GM tại Warren, Michigan, bạn có thể sẽ bỏ qua hai tòa nhà màu trắng nằm ẩn mình ở góc khu vực rộng 710 mẫu Anh này. Bên trong hai tòa nhà có tổng diện tích nửa triệu feet vuông đó là một dự án xây dựng quy mô lớn vẫn đang tiếp tục diễn ra. Khi hoàn thành, nơi đây sẽ đặt Trung tâm Phát triển Tế bào Pin mới của GM, nơi hãng xe đang nỗ lực chế tạo các tế bào pin nguyên mẫu với mục tiêu cắt giảm chi phí cho dòng xe điện (EV) của mình.

GM phải chế tạo nhanh hơn và rẻ hơn để đạt mục tiêu bán xe điện giá phải chăng với số lượng lớn hơn nhiều. Những chiếc xe điện này sẽ phải cạnh tranh không chỉ với đối thủ dẫn đầu doanh số lâu năm Tesla, mà còn với làn sóng xe điện Trung Quốc sớm hay muộn sẽ đổ bộ vào Mỹ. Dù doanh số xe điện tại Mỹ dường như đang chững lại, nước Mỹ vẫn còn chặng đường dài trước khi có thể cạnh tranh đáng tin cậy với Trung Quốc, thị trường xe điện hàng đầu thế giới.

Số lượng người mua quan tâm đến xe điện mới và cũ đã tăng vọt khi giá xăng tăng 40% trong năm nay do xung đột ở Iran, nhưng phần lớn ở các mẫu xe có giá thấp hơn mức trung bình 50.000 USD của một chiếc xe mới hiện nay. Mặc dù GM bán được nhiều xe điện tại Mỹ hơn bất kỳ công ty nào khác sau Tesla, phần lớn danh mục sản phẩm của họ vẫn quá đắt đỏ nhờ bộ pin chiếm tới 30 đến 40% tổng chi phí.

Trong chuyến tham quan vào đầu tháng 9, sau khi đội mũ bảo hiểm, đeo kính bảo hộ và mặc áo phản quang, tôi đã tận mắt chứng kiến các công cụ mà GM sẽ sử dụng để chế tạo ra những loại pin mới và rẻ hơn này: các thùng lớn để trộn hỗn hợp sền sệt, máy phủ vật liệu điện cực lên màng phim, và các máy móc cho hàng tá bước khác trong quá trình biến khoáng chất thành các tế bào lưu trữ và cung cấp năng lượng. Nhà máy mà tôi tham quan sẽ là một nhà máy công suất thấp, cho phép các kỹ sư làm nguyên mẫu để chuẩn bị cho quá trình sản xuất sản lượng lớn từ các nhà máy khổng lồ trị giá hàng tỷ USD.

Cơ sở mới cho thấy GM đang chơi canh bạc dài hạn, nỗ lực phát triển các tế bào pin mới sử dụng ít hơn — hoặc không dùng — các khoáng chất mà Trung Quốc kiểm soát trên toàn cầu. Mặc dù các nhà khoa học Mỹ đã phát triển nghiên cứu và phát triển ban đầu cho hầu hết các thành phần hóa học tế bào mới, các công ty châu Á mới là những bên phát triển, tinh炼 và đưa các thành phần hóa học đó vào sản xuất hàng loạt.

Nỗ lực kéo dài 15 năm của Trung Quốc mang lại cho quốc gia này quyền kiểm soát toàn cầu đối với chuỗi cung ứng và chế biến các khoáng chất dùng trong tế bào pin hiện nay, đặc biệt là coban, niken và đất hiếm, đồng nghĩa với việc các tế bào trong tương lai phải sử dụng các khoáng chất khác để thoát khỏi sự thống trị của nước này. Một ví dụ: các tế bào LMR (giàu liti mangan) mới của GM sử dụng rất ít coban hoặc niken. Ví dụ thứ hai: Mùa xuân này, GM thông báo đang hợp tác với startup Peak Energy về các tế bào ion natri dùng cho lưu trữ năng lượng.

Đưa những thành phần hóa học mới như vậy ra khỏi phòng thí nghiệm và đi vào sản xuất hàng loạt có thể mất một thập kỷ hoặc hơn. Nhưng GM không có nhiều thời gian đến thế. Trung Quốc có thể đã bán xe điện của họ cho người Mỹ vào thời điểm đó. Các kỹ sư pin của công ty tự tin rằng việc sử dụng cơ sở mới bên trong các tòa nhà ẩn danh cách Detroit 15 dặm về phía bắc có thể ra mắt các thành phần hóa học và định dạng tế bào pin mới cho xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng trong thời gian ngắn hơn dự đoán. Tương lai của công ty sẽ phụ thuộc vào việc họ có thể thành công hay không.

Vào tháng 6, chuyên gia phụ trách pin của GM, Kurt Kelty, nói với tôi rằng Trung tâm Phát triển Tế bào Pin mới (BCDC) sẽ cung cấp "cầu nối quan trọng từ phòng R&D đến sản xuất" bằng cách kết hợp mô hình ảo, năng lực thử nghiệm vật lý và các dây chuyền sản xuất quy mô nhỏ. Mục đích là lấp đầy mắt xích còn thiếu giữa việc tạo ra, làm nguyên mẫu các tế bào pin mới và đưa chúng vào sản xuất số lượng lớn.

Người đứng đầu BCDC, Mo Gallegos, cho biết tổng chi phí là 900 triệu USD. Ở mức sản xuất tối đa, BCDC có thể sản xuất từ 4 đến 5 gigawatt-giờ tế bào pin. Nhưng mục tiêu không phải là số lượng mà là chất lượng.

Bên trong phòng thí nghiệm rộng 500.000 feet vuông, tôi đã thấy phần lớn máy móc cần thiết để chế tạo một tế bào pin, từ việc trộn hỗn hợp sền sệt để phủ tạo thành điện cực cho đến thiết bị sạc để nạp năng lượng cho một tế bào hoàn chỉnh lần đầu tiên. Nhà máy thu nhỏ này sẽ được sử dụng cho nhiều thành phần hóa học và định dạng tế bào khác nhau, bắt đầu với các tế bào lăng trụ (prismatic cells). Mục đích của nó là thử nghiệm các quy trình sản xuất tế bào công nghiệp, chứng minh và tối ưu hóa các kỹ thuật sản xuất cũng như công thức trước khi triển khai ở quy mô lớn.

Mặc dù BCDC sẽ sản xuất ra các tế bào pin hoạt động thực tế, nhưng họ làm điều đó với khối lượng thấp hơn nhiều và tốc độ chậm hơn so với các dây chuyền sản xuất tại các nhà máy tế bào toàn diện. Các nhà phát triển pin của GM sau đó sẽ chuyển giao kiến thức thu được từ quá trình kiểm tra quy trình này cho các đối tác sản xuất tế bào để đưa các thiết kế mới vào sản xuất hàng loạt đầy đủ.

Những đối tác đó có thể bao gồm hai nhà máy do Ultium Cells LLC vận hành, liên doanh sản xuất tế bào pin giữa GM và đối tác LG Energy Solution. Nhà máy đầu tiên ở Warren, Ohio, khai trương vào năm 2002 và sản xuất các tế bào pin dạng túi (pouch cells) niken-manganese-cobalt-aluminium khổ lớn cho dòng xe điện của GM (trừ dòng Bolt 2027). Nhà máy thứ hai ở Spring Hills, Tennessee, khai trương vào đầu năm 2024 và hiện sản xuất các tế bào liti-ion phốt phát để lưu trữ năng lượng pin.

Trong hai tòa nhà của BCDC, tòa nhà đầu tiên chứa khu chế tạo cực dương và cực cát ở hai phía đối diện, với việc lắp ráp điện cực ở giữa. Một cây cầu vận chuyển các cuộn màng điện cực sang tòa nhà thứ hai, nơi các tế bào được lắp ráp, sạc và kiểm tra trong vòng 8 đến 11 ngày. Các tầng hai chứa nguồn cung cấp kim loại, màng và các linh kiện cần thiết, cũng như một hệ thống HVAC rất lớn để giữ cho các quy trình vô trùng, không có bụi và ở nhiệt độ thích hợp.

BCDC dự kiến sẽ sản xuất những tế bào thử nghiệm đầu tiên — tế bào lăng trụ LMR — vào quý 4 năm nay. Tuy nhiên, chúng sẽ chưa đi vào sản xuất hàng loạt tại nhà máy Ultium ở Spring Hill cho đến năm 2028. Khi các thử nghiệm đối với tế bào LMR bắt đầu, nơi đây sẽ bổ sung các tế bào lăng trụ ion natri đang phát triển cho BESS cùng với startup Peak Energy.

Vấn đề mà BCDC được thiết kế để giải quyết là khoảng cách giữa việc tạo ra các thành phần hóa học tế bào mới ở quy mô nhỏ và việc sản xuất chúng với số lượng lớn lên đến hàng trăm nghìn hoặc hàng triệu. Đưa chúng đi suốt từ giai đoạn phát triển đến thương mại hóa đòi hỏi phải hiểu cách chế tạo chúng; điều đó đòi hỏi phải thử nghiệm các quy trình và phương pháp sản xuất để đảm bảo chất lượng của các tế bào hoàn thiện cũng như số lượng của chúng.

Bạn có thể hình dung việc đưa một tế bào pin ra thị trường qua bốn giai đoạn: tạo ra thành phần hóa học mới, thử nghiệm các nguyên mẫu đầu tiên, tìm ra cách chế tạo và sau đó đẩy mạnh sản xuất hàng loạt.

Giai đoạn đầu tiên tập trung tại phòng thí nghiệm R&D Kettering của GM trong nhiều thập kỷ. Nơi đây đã tạo ra và thử nghiệm các thành phần hóa học và tế bào mới cho chiếc xe điện tiên phong EV1, chiếc Chevrolet Volt 2011 và hóa học LMR mà công ty dự định ra mắt vào năm 2028. Nhưng nó chỉ giới hạn ở việc chứng minh một hóa học cho từng tế bào một, ở dạng "đồng xu" hoặc dạng túi nhỏ.

GM đã đưa giai đoạn thứ hai vào nội bộ khi khai trương Trung tâm Đổi mới Tế bào Pin Wallace vào năm 2023. Phòng thí nghiệm đó lấy các thành phần hóa học mới và mở rộng chúng thành các tế bào khổ lớn lên đến 200 ampe-giờ. Wallace có thể chế tạo các tế bào mới này theo các mẻ nhỏ gồm vài chục cái, kiểm tra xem một thành phần hóa học mới có tiếp tục hoạt động và duy trì tính thực tế trong các tế bào giống hệt với các tế bào sẽ được sử dụng trong sản phẩm cuối cùng hay không.

Bây giờ, giai đoạn thứ ba đã đến tại BCDC, nằm ngay cạnh Wallace. Nơi đây sẽ sử dụng máy móc chế tạo tế bào và lắp ráp pin thực tế để sản xuất hàng nghìn tế bào mỗi ngày — lý tưởng nhất là đảm bảo quá trình tăng quy mô cuối cùng tại một nhà máy lớn diễn ra suôn sẻ. Và nó được xây dựng với diện tích sàn gấp đôi so với ban đầu để cho phép mở rộng trong tương lai, áp dụng nhiều thành phần hóa học và định dạng tế bào khác nhau.

Trong lịch sử, giai đoạn thứ hai và thứ ba đó thường do các nhà sản xuất pin thực hiện. Chúng là mắt xích còn thiếu giữa một thành phần hóa học mới và sản xuất hàng loạt — hầu như luôn được thực hiện ở nước ngoài. Wallace và BCDC kết hợp lại mang lại cho GM gần 1 triệu feet vuông không gian phát triển pin. (GM từ chối tiết lộ số lượng nhân viên làm việc tại mỗi cơ sở, cho biết con số này thay đổi tùy thời điểm).

Giai đoạn thứ tư và cuối cùng là sản xuất thương mại ở quy mô lớn, cho dù là tại...

🗞 Nguồn: The Verge

#vgsnews #vgs #tintuc