Sạc điện bằng khung xe

Xe điện đang mở ra hướng giao thông mới, nhưng chi phí cao và trọng lượng lớn của các bộ pin lithium-ion vẫn là thách thức quan trọng đối với ngành công nghiệp ô tô hiện nay. Pin lithium-ion có khả năng cung cấp năng lượng hiệu quả, song khối lượng đáng kể khiến xe nặng hơn, tiêu thụ nhiều năng lượng hơn và khó đạt hiệu suất vận hành tối ưu. Từ thực tế đó, chín công ty và tổ chức châu Âu đang phối hợp nghiên cứu một vật liệu composite mới, có thể lưu trữ và giải phóng năng lượng nhanh hơn pin lithium-ion thông thường. Dự án kéo dài ba năm, với Volvo là hãng chế tạo xe hơi duy nhất tham gia, nhằm tìm kiếm giải pháp kết hợp chức năng kết cấu thân xe với khả năng tích trữ năng lượng. Ý tưởng gây chú ý nằm ở việc sử dụng vật liệu mới thay cho những tấm thép vốn tạo nên nhiều bộ phận quan trọng trong khung thân xe hiện nay. Nếu thành công, khung xe không chỉ giữ nhiệm vụ nâng đỡ và bảo vệ các bộ phận bên trong, mà còn hoạt động như một thành phần cung cấp năng lượng cho phương tiện. Giai đoạn đầu, nhóm nghiên cứu tập trung phát triển vật liệu chứa sợi carbon kết hợp nhựa polymer, hai thành phần được kỳ vọng tạo nên một cấu trúc vừa chắc chắn vừa linh hoạt. Sợi carbon mang lại độ cứng cần thiết, trong khi nhựa polymer giúp vật liệu dễ uốn nắn và tạo hình khi cần, phù hợp với nhiều thiết kế thân xe khác nhau. Nhờ những đặc tính này, composite mới có thể thay thế các tấm thép trên ô tô, đồng thời làm nhẹ cấu trúc thân xe và cải thiện hiệu suất vận hành tổng thể. Giảm khối lượng thân xe thường giúp phương tiện cần ít năng lượng hơn khi tăng tốc, di chuyển hoặc dừng lại, dù dự án còn phải kiểm chứng đầy đủ trong thực tế. Nghiên cứu cũng không dừng ở công thức vật liệu, bởi một giải pháp hữu ích phải đáp ứng được yêu cầu sản xuất công nghiệp với số lượng lớn. Các tấm thép hiện có thể được dập với tốc độ hàng nghìn tấm mỗi giờ, tạo lợi thế rõ rệt về năng suất, chi phí và khả năng triển khai trong dây chuyền chế tạo. Trái lại, sợi carbon lâu nay chủ yếu được đặt thủ công vào khuôn, quy trình tốn thời gian và khó đáp ứng quy mô sản xuất hàng loạt của ngành ô tô. Nhiều hãng xe cùng nhà cung cấp đang tìm cách khắc phục hạn chế này, nhưng bài toán tự động hóa vẫn giữ vai trò then chốt trước khi vật liệu được ứng dụng rộng rãi. Mục tiêu cuối cùng của dự án là thay thế lồng đặt bánh phụ trên chiếc xe thử nghiệm bằng một tấm tương tự, được chế tạo từ vật liệu composite mới. Bộ phận này không cần lưu trữ lượng năng lượng quá lớn, nhưng phải đủ khả năng cung cấp năng lượng cần thiết trong một tình huống vận hành cụ thể. Theo thiết kế thử nghiệm, tấm vật liệu có thể hỗ trợ khởi động lại động cơ của một chiếc xe hybrid khi phương tiện cần rời vị trí dừng đèn đỏ. Xe hybrid sử dụng cả động cơ xăng và động cơ điện, vì vậy khả năng cung cấp năng lượng nhanh cho một thao tác ngắn có thể mang lại giá trị thực tế. Thử nghiệm quy mô nhỏ này giúp nhóm nghiên cứu đánh giá đồng thời độ bền kết cấu, khả năng tích trữ năng lượng và mức độ phù hợp với quy trình sản xuất. Volvo tính toán rằng việc thay thế các thanh thép trong thân xe bằng vật liệu nhẹ hơn có thể cắt giảm khoảng 15% trọng lượng của phương tiện. Con số này chưa bao gồm những lợi ích bổ sung từ khả năng tích trữ năng lượng, yếu tố có thể mở rộng thêm vai trò của vật liệu trong thiết kế xe điện. Dù triển vọng đáng chú ý, dự án vẫn phải giải quyết nhiều yêu cầu về độ an toàn, độ bền, tốc độ chế tạo và khả năng duy trì chất lượng ổn định. Đến nay, chiếc xe duy nhất được cho là sắp sản xuất với cấu trúc sợi carbon là xe điện đô thị 2014 BMW MegaCity. Nếu nghiên cứu đạt kết quả như kỳ vọng, khung xe tích trữ năng lượng có thể trở thành bước tiến mới, giúp xe nhẹ hơn, vận hành hiệu quả hơn và giảm phụ thuộc vào pin truyền thống.