bài nghiên cứu kinh tế tài nguyên môi trường đề tài giải pháp xử lý pin ô tô điện hướng tới nền kinh

Loại chì này có thể sạc lại rẻ nhất và có thể tạo ranhiều năng lượng nên được sử dụng khá phổ biến.- Ưuđiểm:+ Giá thành thấp: Pin axit chì là một trong những loại pin có giá thành thấp n

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KINH TẾ VÀ QUẢN LÝ

~~~~~~*~~~~~~

BÀI NGHIÊN CỨU HỌC PHẦN: KINH TẾ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG

ĐỀ TÀI: Giải pháp xử lý PIN ô tô điện hướng tới “nền kinh tế xanh”

Giáo viên hướng dẫn: TS Trịnh Thu Thủy

Nhóm sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thu Hương 20213211 Kinh tế công nghiệp K66

Phạm Quang Huy 20213207 Kinh tế công nghiệp K66

Nguyễn Thanh Phong 20202861 Kinh tế công nghiệp K65

Hoàng Khánh Vân 20202874 Kinh tế công nghiệp K65

HÀ NỘI – 1/2024

Mục Lục

IV Xử lý Pin xe điện ở Việt Nam và ở các nước trên thế giới 10

6.2 Sản xuất pin EV gây cạn kiệt nguồn tài nguyên và khó tái chế 15

Danh mục hình ảnh

Hình 1: Pin chì Axit 3

Hình 2: Pin nickel-metal hydride (NiMH) 4

Hình 3: Pin lithium-ion 6

Hình 4: Giá pin VF 5 Plus 8

Hình 5: Giá Pin VF 6 9

Hình 7: Giá Pin VF8 10

Hình 8: Giá Pin VF 9 10

Hình 9: Pin thể rắn 12

I Giới thiệu

1.1 Lý do chọn đề tài:

Trên thế giới, xe điện đang trở thành một phần quan trọng trong ngành công nghiệp ô

tô Với sự tăng trưởng nhanh chóng của xe điện, nhu cầu tìm kiếm phương pháp xử lý pin hiệu quả và bền vững cũng ngày càng tăng Hiệu suất và tỷ lệ tiêu thụ năng lượng của pin xe điện đóng vai trò quan trọng để đảm bảo hiệu quả vận hành và phạm vi đi lại Nghiên cứu về phương pháp xử lý pin giúp cải thiện hiệu suất và tăng cường thời lượng sử dụng của pin, từ đó tăng cường khả năng di chuyển và giảm chi phí vận hành của xe điện Bên cạnh đó, Pin là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo tính bền vững của xe điện Vấn đề an toàn cũng là một yếu tố quan trọng cần được xem xét trong việc sử dụng pin xe điện Nghiên cứu về phương pháp xử lý pin giúp nâng cao

an toàn trong quá trình vận hành và sạc pin, từ đó giảm nguy cơ cháy nổ và các vấn đề liên quan đến an toàn

Nghiên cứu về phương pháp xử lý pin đòi hỏi sự ứng dụng và phát triển đề của các công nghệ tiên tiến Việc nghiên cứu trong lĩnh vực này có thể đóng góp vào sự phát triển và cải tiến công nghệ pin, từ đó tạo ra những tiến bộ đáng kể trong hiệu suất và

sự an toàn của pin xe điện

Người tiêu dùng ngày càng quan tâm đến việc sử dụng xe điện như một phương tiện

di chuyển bền vững và không gây ô nhiễm Với sự gia tăng sử dụng pin xe điện, chúng em đã tiến hành tìm hiểu về bộ phận quan trọng hàng đầu này của những những chiếc xe ô tô điện

1.2 Định nghĩa pin xe điện:

Pin ô tô điện chính là “linh hồn” của mọi dòng xe ô tô điện Chúng là bộ phận cung cấp điện chính cho động cơ, các thiết bị điện tử được sử dụng trong xe Bởi vậy, loại pin này thường sở hữu dung lượng lớn để đảm bảo xe có thể chạy một khoảng cách đủ

xa, đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng

II Các loại pin ô tô điện hiện nay

2.1 Pin chì -Axit

Hình 1: Pin chì Axit

Pin axit chì là một loại ắc quy thứ cấp, loại pin này có thể sạc lại nhiều lần Theo đó, pin axit chì sử dụng các tấm chì và chì oxit trong dung dịch axit sunfuric Chì oxit sẽ oxi hóa tấm chì, tạo ra dòng điện Loại chì này có thể sạc lại rẻ nhất và có thể tạo ra nhiều năng lượng nên được sử dụng khá phổ biến

- Ưuđiểm:

+ Giá thành thấp: Pin axit chì là một trong những loại pin có giá thành thấp nhất trên thị trường Điều này làm cho chúng trở thành một lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng đòi hỏi số lượng pin lớn hoặc trong các ứng dụng có ngân sách hạn chế

+ Hiệu suất cao: Pin axit chì có khả năng cung cấp dòng điện cao trong thời gian ngắn Điều này làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu sự phát điện mạnh mẽ như các hệ thống khởi động xe hơi

+ Ổn định trong quá trình sạc và xả: Pin axit chì có thể dễ dàng sạc lại và xả ra mà không gây hư hại đến hiệu suất của chúng Điều này làm cho chúng dễ sử dụng và bảo trì.chúng

- Nhượcđiểm:

+ Tuổi thọ hạn chế: Pin axit chì có tuổi thọ ngắn hơn so với nhiều loại pin khác, như pin lithium-ion Việc sử dụng và tái sử dụng liên tục có thể làm giảm hiệu suất và tuổi thọ của pin

+ Khối lượng nặng: Pin axit chì có mật độ năng lượng thấp, do đó chúng có khối lượng nặng hơn so với các loại pin hiện đại khác Điều này làm cho chúng không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ

+ Tốn nhiều thời gian để sạc: Pin axit chì có thể mất thời gian lâu hơn để sạc đầy so với các loại pin khác Quá trình sạc có thể kéo dài từ vài giờ đến vài ngày, tùy thuộc vào dung lượng của pin

2.2 Pin nickel-metal hydride (NiMH)

Hình 2: Pin nickel-metal hydride (NiMH)

- Đặc điểm:

+ Pin nickel hydride (NiMH) là một loại pin sạc phổ biến được tích hợp trong nhiều thiết bị và ứng dụng hiện đại, đặc biệt là trong lĩnh vực ô tô điện

+ Pin nickel hydride kim loại (NiMH) có cấu trúc bên trong phức tạp, với sự kết hợp của nhiều thành phần quan trọng để tạo ra nguồn năng lượng , hoạt động dựa trên nguyên tắc của các phản ứng hóa học xảy ra tại cực dương

-Về đặc điểm kỹ thuật:

+Năng lượng riêng: Nằm trong khoảng từ 60-120 Wh/kg, năng lượng riêng của pin

NiMH thể hiện khả năng lưu trữ năng lượng trong mỗi đơn vị khối lượng

+ Mật độ năng lượng: Có giá trị từ 140-300 Wh/L, mật độ năng lượng của pin NiMH

chỉ ra khả năng chứa năng lượng trong mỗi đơn vị thể tích

+ Công suất cụ thể: Nằm trong khoảng từ 250-1000 W/kg, công suất cụ thể thể hiện

khả năng cung cấp năng lượng trong mỗi đơn vị khối lượng của pin

+ Hiệu suất sạc/ xả: Dao động từ 66% đến 92%, chỉ số này cho biết khả năng chuyển

đổi năng lượng giữa quá trình sạc và xả của pin NiMH

+ Tỷ lệ tự xả: Có giá trị từ 1,3-2,9%/tháng ở 20°C, tỷ lệ tự xả mô tả mức độ mất năng

lượng tự nhiên khi pin không được sử dụng

+ Độ bền chu kỳ: Nằm trong khoảng từ 180 đến 2000 lần, đây là số lần sạc và xả mà

pin có thể chịu đựng trước khi hiệu suất của nó giảm đi đáng kể

*Ứng dụng trong xe ô tô:

Hệ thống khởi động: Pin NiMH thường được sử dụng để cung cấp năng lượng cho

hệ thống khởi động xe hybrid Pin này giúp khởi động động cơ điện và hệ thống điện khác trên ô tô

Hệ thống phanh tái tạo năng lượng: Trong các xe hybrid, hệ thống phanh tái tạo

năng lượng sử dụng pin NiMH để thu hồi và lưu trữ năng lượng phanh Khi người lái phanh, năng lượng được chuyển đổi thành điện và được lưu trữ trong pin NiMH để sử dụng lại sau này

Hệ thống khôi phục năng lượng: Một số xe hybrid sử dụng pin NiMH để lưu trữ

năng lượng bổ sung từ động cơ xăng hoặc diesel Khi động cơ hoạt động ở mức hiệu suất tốt, năng lượng dư thừa được chuyển đổi thành điện và lưu trữ trong pin NiMH

để sử dụng khi cần thiết, chẳng hạn khi cần tăng tốc đột ngột hoặc khi động cơ yếu

Hệ thống điện phụ: Pin NiMH cũng có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng

cho các thiết bị điện phụ trên ô tô như hệ thống âm thanh, hệ thống điều hòa không khí, đèn chiếu sáng và hệ thống điện tử khác

2.3 Pin lithium-ion

Hình 3: Pin lithium-ion

- Pin Lithium là một loại pin sạc, có tên gọi khác là pin Li-on, hoặc pin Lithi-on, viết tắt là LIB Loại pin này thường có mật độ năng lượng cao hơn nên khả năng duy trì năng lượng tốt hơn so với nhiều loại pin khác nên được sử dụng rộng rãi

- Cấu tạo:

+ Cực âm: Được cấu tạo từ than chì (graphene) và các vật liệu cacbon khác có

chức năng lưu giữ các ion Lithium L+ trong tinh thể

+ Cực dương: Được làm bằng hợp chất oxit kim loại chuyển tiếp và Li (như

LiMnO2, LiCoO2,…)

+ Chất điện phân: Các chất có khả năng dẫn điện ion Lithium giữa các điện cực,

được hình thành từ muối, dung môi và chất phụ gia

+ Dải phân cách: Thường được làm bằng nhựa PE hoặc PP có tác dụng như một

rào vật lý giữ cho cực âm và cực dương cách nhau

*SosánhpinLithiumkimloạivàpinLithiumion:

Tiêuchí PinLithiumkimloại PinLithiumion

Viên pin Pin không sạc được Pin sạc lại được

Hiệu

suất

sạc/xả

Pin Li kim loại thường có mức

hiệu suất xả cao hơn so với pin

Li-ion với khả năng cung cấp dòng

điện lớn trong thời gian ngắn Tuy

nhiên, chúng có khả năng sạc chậm

hơn và có thể bị hạn chế về tuổi

thọ số lần sạc/xả

Pin Li-ion thường có hiệu suất sạc tốt hơn và thời gian sạc nhanh hơn so với pin Li

kim loại Chúng cũng có khả

năng duy trì dòng điện ổn định trong quá trình xả, nhưng có thể không cung cấp dòng điện lớn như pin Li kim loại

Bảo

quản

Pin Li kim loại cần được bảo quản

ở môi trường mát mẻ và khô ráo

Chúng cần tránh nhiệt độ cao, vì sẽ

gây ra sự giãn nở và co lại của các

thành phần bên trong pin, gây hỏng

hóc và mất tuổi thọ

Pin Li-ion cũng cần bảo quản

ở nhiệt độ mát mẻ và khô ráo,

nhưng chúng thường linh

hoạt hơn trong môi trường Tuy nhiên, việc bảo quản ở nhiệt độ cao cũng có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ và hiệu suất của pin

Đặc

điểm

● Sử dụng Lithium ở dạng

kim loại nguyên chất

● Pin sử dụng Lithium nhẹ

thay vì than chì nặng

● Có thể hiệu năng lưu trữ

điện vượt trội so với pin

Lithium Ion

● Sử dụng các hợp chất Lithium ổn định hơn

so với pin nguyên tố được sử dụng trong pin Lithium

● Được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện

● Phù hợp với ứng dụng yêu

cầu dung lượng lớn như ô tô điện

tử tiêu dùng cầm tay như: điện thoại, laptop,

III Thị trường pin xe điện tại Việt Nam

Hiện nay, các dòng xe điện VinFast đều được trang bị loại pin Lithium-ion, LFP và lithium có dung lượng lớn và hiệu suất vận hành cao, cho khả năng sạc nhanh và vận hành hiệu quả trên mọi địa hình

Giá các loại Pin ở Việt Nam

Hiện tại Vinfast có 2 lựa chọn là mua đứt hoặc thuê pin

Nguồn số liệu:VinFast ra mắt phiên bản pin mới cho ô tô điện VF 8, VF 9 - Cộng đồng VinFast Toàn cầu

(Đơn vị :VND)

Hình 4: Giá pin VF 5 Plus

Hình 5: Giá Pin VF 6

Hình 6: Giá pin VF e34

Hình 7: Giá Pin VF8

Hình 8: Giá Pin VF 9

IV Xử lý Pin xe điện ở Việt Nam và ở các nước trên thế giới

VinFasttiênphongtronglĩnhvựctáichếpinxeđiệnởViệtNam

Hãng xe điện Việt Nam chủ yếu sử dụng loại pin LFP với ưu điểm không phụ thuộc nhiều vào các nguyên liệu quý hiếm nên mục tiêu của quy trình tái chế pin là thu về càng nhiều Lithium càng tốt

Ông Miguel(Giám đốc mua sắm và chuỗi cung ứng của VinFast) cho biết pin hết hạn

sử dụng sẽ được cắt, nghiền thành “bột đen”, rồi đưa vào nhà máy để xử lý Tại đây, thông qua các hệ thống chiết dung môi, các hợp chất kim loại sẽ được tách riêng Lithium sau khi được tách sẽ có thể bán trực tiếp cho khách hàng, hoặc dùng để sản

xuất điện cực và tạo ra pin mới Các phụ phẩm của quá trình chiết dung môi cũng không bị bỏ phí mà sẽ tiếp tục được xử lý, kết tủa thành các hợp chất phục vụ sản xuất điện cực của pin Than chì cũng được lọc và đưa vào nhà máy sản xuất pin để tái sử dụng

Với quy trình này, trên 99,5% sắt vụn đều được tái chế, bao gồm Lithium, nhựa, đồng, nhôm, coban, mangan, niken và các hạt điện tử

Giải pháp chính: Xây dựng một bộ tiêu chuẩn ESG như một phần không thể thiếu của hoạt động thường ngày, thể hiện trách nhiệm cộng đồng ngay từ khâu đầu tiên của chuỗi cung ứng, hướng tới mua sắm bền vững (ưu tiên dùng sản phẩm ít phát thải, sản phẩm có khả năng tái chế)

Giải pháp mở rộng: Xây dựng chuỗi cung ứng bền vững bằng cách hợp tác với các doanh nghiệp tái chế trên thế giới và các tổ chức về môi trường

*Trên thế giới chạy đua tìm phương pháp tái chế pin hiệu quả

Trong nhiều năm gần đây, các doanh nghiệp, tập đoàn lớn ở Mỹ và châu Âu liên tục tìm tòi cách tái chế pin xe điện hiệu quả, vừa đem lại lợi nhuận từ hoạt động tái chế, vừa góp phần giảm phát thải ra môi trường Thống kê sơ bộ, trên thế giới hiện có ít nhất 80 công ty tham gia lĩnh vực tái chế pin xe điện, với hơn 50 công ty startup, thu hút ít nhất 2,7 tỷ USD vốn đầu tư

Một điều ít người biết đến trong Đạo luật Giảm lạm phát của Mỹ đó là chính phủ Mỹ không chỉ ưu tiên phát triển xe điện mà còn hỗ trợ các công ty tái chế pin xe điện Louie Diaz, Phó chủ tịch Li-Cycle cho biết công ty đã nhận được khoản vay trị giá

375 triệu USD của chính phủ Mỹ để xây dựng một nhà máy ở New York dự kiến mở cửa vào cuối năm nay Redwood Materials cũng đã nhận được khoản vay trị giá 2 tỷ USD của chính phủ Mỹ để xây dựng khu phức hợp tái chế và tái sản xuất pin ở Nevada Một công ty khác là Ascend Elements vừa mở một nhà máy tái chế ở Georgia

và đã nhận được khoản tài trợ gần 500 triệu USD từ Bộ Năng lượng Mỹ

Tại châu Âu, năm 2021, có khoảng 63 nghìn tấn pin phế liệu có thể tái chế ở Châu Âu Con số này được dự báo sẽ tăng liên tục trong thập kỷ này, vượt qua 260 nghìn tấn vào năm 2030 Pin phế liệu để tái chế có hai nguồn chính là pin đã hết tuổi thọ sử dụng và rác thải từ các nhà máy sản xuất pin Hội đồng châu Âu đặt mục tiêu cho các nhà sản xuất thu hồi lithium từ pin thải là 50% vào cuối năm 2027 và 80% vào cuối năm 2031 Các nhà nghiên cứu Thụy Điển cho biết họ đã phát triển một phương pháp tái chế pin

xe điện mới hiệu quả hơn phương pháp hiện nay là thủy luyện Theo đó, quá trình này không yêu cầu sử dụng các hóa chất đắt tiền hoặc độc hại Cụ thể, “bột đen” (black mass) được hòa tan trong chất lỏng hữu cơ trong suốt gọi là axit oxalic Tại đây, nhôm

và lithium trong pin hòa tan trong axit oxalic, trong khi các kim loại khác được giữ lại dưới dạng thể rắn Bước cuối cùng của quy trình là tách các kim loại này để thu hồi lithium, sau đó có thể sử dụng để chế tạo pin mới

Tại Hàn Quốc, thị trường tái chế pin thải có thể đạt giá trị 68 tỷ USD vào năm 2040 Các nhà máy đang phấn đấu nâng tỷ lệ thu hồi lithium từ pin đã qua sử dụng lên trên 90% trong vòng vài năm tới để chiếm lĩnh thị phần Các chuyên gia phân tích, để hòa vốn, các doanh nghiệp phải đạt tỷ lệ thu hồi từ 80-85% đối với lithium và trên 95% đối với niken, coban, mangan Điều này cho thấy, lĩnh vực tái chế pin thải, dù có giá trị cao nhưng cũng đòi hỏi nguồn vốn đầu tư rất lớn

V Những xu hướng Pin tiềm năng trong tương lai

5.1 Pin thể rắn

Hình 9: Pin thể rắn

Xu hướng tương lai: An toàn cao hơn, mật độ năng lượng cao hơn, thời gian sạc nhanh hơn, và trọng lượng nhẹ hơn so với pin Lithium-ion

Chất liệu sử dụng làm chất điện li trong pin thể rắn có thể gồm các oxit O2–, sulfide S2−, phosphat [PO4]3−, hoặc polymer trạng thái rắn Pin thể rắn an toàn hơn, mật độ năng lượng cao hơn nhưng chi phí sản xuất cao hơn pin Li-ion Dưới đây là một số loại pin thể rắn phổ biến:

+ Pin thủy tinh: Sử dụng các chất điện phân rắn là các hợp chất của Lithium, Germanium, Phốt pho và Lưu huỳnh Các chất điện phân thủy tinh có độ dẫn ion thấp hơn và dễ bị phân hủy khi tiếp xúc với không khí hoặc nước + Pin polymer: Sử dụng các chất điện phân rắn là các polyme trạng thái rắn, như polyether, gốc nitrile, polyester, polyurethane, polysiloxane,… Các chất điện phân polymer có độ dẫn ion thấp hơn và cần nhiệt độ cao để hoạt động hiệu quả

*Ưu nhược điểm của pin thể rắn khi sử dụng cho xe ô tô

Pin thể rắn là loại pin có cả hai thành phần điện cực và chất điện phân đều ở trạng thái rắn Chúng có tác dụng thay thế cho chất lỏng hoặc polyme để dẫn ion thường thấy ở pin lithium-ion hoặc pin lithium-ion polymer Pin thể rắn được coi là công nghệ pin của tương lai vì có nhiều ưu điểm so với pin lithium-ion, như:

+ Thời gian sạc nhanh hơn: Pin thể rắn có thể sạc đầy ngay lập tức do mật độ năng lượng và sự ổn định điện hóa trong cấu tạo của pin

+ Dung lượng lớn hơn: Pin thể rắn có khả năng dự trữ nhiều năng lượng hơn so với pin lithium-ion cùng kích thước và trọng lượng

+ Trọng lượng nhẹ hơn: Pin thể rắn không cần sử dụng chất lỏng hoặc polyme để dẫn ion, do đó giảm được trọng lượng của pin

+ Độ an toàn cao hơn: Pin thể rắn không bị rò rỉ, cháy nổ hay phát sinh nhiệt khi

bị hư hỏng hoặc sạc không đúng cách, do đó giảm được nguy cơ gây hại cho người dùng và môi trường

*Tuy nhiên, pin thể rắn cũng có một số nhược điểm, chủ yếu là:

+ Chi phí sản xuất cao: Pin thể rắn cần sử dụng các vật liệu và thiết bị đặc biệt để sản xuất, do đó chi phí sản xuất cao hơn so với pin lithium-ion

+ Khó khăn trong việc thiết kế và tích hợp: Pin thể rắn cần phải có kết cấu chắc chắn và liên kết tốt giữa các thành phần để tránh bị nứt hoặc bong tróc khi hoạt động Điều này đòi hỏi kỹ thuật thiết kế và tích hợp cao

*Ứng dụng pin thể rắn cho ô tô điện:

Trong lĩnh vực ô tô, pin thể rắn có tiềm năng trở thành công nghệ pin của tương lai cho xe ô tô điện Theo IEA, tính đến năm 2040 có khoảng 80% lượng pin lithium được sản xuất trên toàn cầu sẽ ứng dụng cho xe điện Tuy nhiên, nguồn cung lithium sẵn có trên thị trường hiện đang rất khan hiếm, đồng thời mức giá lithium carbonate -nguyên liệu cơ bản của ngành sản xuất pin lithium lại tăng cao Do đó, pin thể rắn được kỳ vọng sẽ giải quyết được vấn đề này

Pin thể rắn cho ô tô điện có khả năng cung cấp mật độ năng lượng cao hơn so với pin Li-ion, giúp giảm trọng lượng tổng thể của xe, tăng không gian chứa và đảm bảo đầy

đủ năng lượng cho các hoạt động của phương tiện Pin thể rắn sử dụng vật liệu gốm rắn cho phép sạc nhanh hơn, tăng phạm vi di chuyển và giảm nguy cơ cháy nổ Pin thể rắn là công nghệ hoàn toàn mới, có xu hướng phát triển nhanh chóng trong tương lai