Pin Lithium-Ion đã hồi sinh chiếc ô tô điện như thế nào?

Lịch sử ô tô điện
Tác giả: Deniz Erkan
Ngày tạo: 14 Tháng 10 2026

Vào năm 1900, 28% ô tô ở Mỹ chạy bằng điện; pin lithium-ion cuối cùng đã đảo ngược chiến thắng trăm năm của xăng dầu.

Chia sẻ trang này

Pin lithium-ion, với mật độ năng lượng cao và chi phí ngày càng giảm, là loại hóa học pin đã giải quyết bài toán quãng đường và trọng lượng hàng thế kỷ của ô tô điện, khiến xe điện hiện đại trở nên khả thi về mặt kỹ thuật. Bài viết này kể lại câu chuyện kéo dài từ thập niên 1890 đến năm 1991 và cách cuộc cách mạng này định hình lại chiếc ô tô.

Điểm nổi bật

Năm 1900, 28% ô tô tại Mỹ chạy bằng điện; xăng đã giành chiến thắng trong cuộc cạnh tranh.
Pin lithium-ion thương mại đầu tiên được Sony đưa ra thị trường năm 1991.
Chi phí lithium-ion giảm từ khoảng 9.200 đô la xuống 78 đô la mỗi kWh.
Tesla Roadster (2008): Quãng đường EPA 393 km, 0-100 km/h trong 3,9 giây.

Xe điện thực ra có phải bắt đầu trước xăng không?

Trái với suy nghĩ của nhiều độc giả, đúng vậy. Lịch sử xe điện bắt đầu gần như cùng thời với động cơ đốt trong, và trong nửa thế kỷ đầu, điện không hề là một công nghệ bên lề. Trong giai đoạn 1827-1828, linh mục người Hungary Ányos Jedlik đã chế tạo động cơ điện đầu tiên và vận hành một chiếc xe mô hình nhỏ. Trong giai đoạn 1832-1839, người Scotland Robert Anderson phát triển một chiếc xe điện thô sơ; nhưng các tế bào galvanic khi đó chưa thể sạc được, nghĩa là xe chỉ di chuyển nhờ một kho năng lượng dùng một lần. Năm 1837, Robert Davidson chế tạo nguyên mẫu đầu tàu điện đầu tiên tại Aberdeen; Galvani phiên bản phóng đại năm 1841 đã kéo tải trọng 6 tấn đi 1,5 dặm với tốc độ 4 dặm mỗi giờ. Công nhân đường sắt phá hủy chiếc máy vì sợ mất việc - sự kháng cự đầu tiên mà công nghệ gặp phải lại đến từ thời điểm quá sớm như vậy.

Bước ngoặt đến vào năm 1859: Pin chì-axit của Gaston Planté lần đầu tiên khiến việc lưu trữ năng lượng có thể sạc lại trên xe trở nên khả thi. Loại hóa học này bền vững đến mức đến nay vẫn được sử dụng trong ắc quy của các xe động cơ đốt trong. Khoảng năm 1884, Thomas Parker tại Anh đưa các tuyến điện thành phố vào vận hành và sản xuất các nguyên mẫu ô tô điện.

Từ Morrison đến Jenatzy: thời kỳ hoàng kim đầu tiên

Ở phía nước Mỹ, điểm tham chiếu là William Morrison. Năm 1890, ông nộp đơn xin bằng sáng chế cho chiếc xe điện của mình tại Des Moines, Iowa; xe dẫn động cầu trước, công suất 4 mã lực, tốc độ 20 mph và với 24 tế bào pin, cần sạc sau mỗi 50 dặm. Chiếc xe gây tiếng vang lớn tại Hội chợ Thế giới Chicago 1893. Tại Philadelphia, Salom và Morris nhận bằng sáng chế Electrobat vào năm 1894; đến năm 1896, xe trang bị hai động cơ 1,1 kW với quãng đường 25 dặm, và cùng năm đó đã thắng các cuộc đua tốc độ 5 dặm trước những chiếc ô tô xăng Duryea.

Những con số cho thấy rõ mức độ phổ biến của thời kỳ đầu: Năm 1900, 28% số ô tô trên đường tại Mỹ chạy bằng điện; một phần ba trong số 160 ô tô trưng bày tại triển lãm ô tô đầu tiên là xe điện. Trong sử dụng đô thị, điện có những ưu thế thực sự - êm, sạch, khởi động chỉ cần bật công tắc và hiếm khi hỏng hóc. Năm 1899, Camille Jenatzy trở thành người đầu tiên vượt mốc 100 km/h và 60 mph với chiếc La Jamais Contente sử dụng hai động cơ 25 kW và thân vỏ bằng hợp kim nhôm partinium. Tại New York, Electric Vehicle Company đã vận hành hơn 600 chiếc taxi điện bằng cách sử dụng trạm thay pin; Năm 1897, dịch vụ taxi điện đầu tiên được thành lập tại London.

Tại sao xăng thắng thế? Giải phẫu cuộc cạnh tranh giữa xe điện và xe xăng

Thất bại đầu tiên của xe điện không phải là thất bại về hiệu suất, mà là thất bại về kinh tế kỹ thuật. Có bốn yếu tố gây khó khăn, và tất cả đều có thể đo lường được:

Chi phí: xe điện đắt gần gấp đôi xe xăng và bị coi là hàng xa xỉ. Năm 1908, Ford Model T có giá 850 đô la trong khi hầu hết xe điện được bán với giá ít nhất gấp đôi; khi Model T xuống dưới 300 đô la vào năm 1923, nhiều xe điện đắt gấp mười lần.
Phạm vi hoạt động và lưu trữ năng lượng: can xăng dự phòng nhẹ hơn nhiều so với pin dự phòng - bản chất của vấn đề chính xác là tỷ lệ khối lượng này.
Cơ sở hạ tầng: ở các vùng nông thôn chưa có điện thì không có khả năng sạc; còn xăng là năng lượng dự trữ có thể bán được ở mọi nơi.
Khởi động: Năm 1912, motor khởi động điện của Charles Kettering (trên chiếc Cadillac đầu tiên) đã loại bỏ tay quay khởi động và xóa bỏ lợi thế sử dụng cơ bản của xe điện.

Tóm tắt trong một câu, mật độ năng lượng của pin chì-axit không thể đáp ứng yêu cầu về khối lượng và phạm vi hoạt động của ô tô. Dù vậy, Detroit Electric vẫn sản xuất được hơn 35.000 chiếc xe trong giai đoạn 1907-1939; Vợ của Henry Ford là Clara Ford đã sử dụng một chiếc Detroit Electric từ 1908 đến 1914. Ở Anh, các xe "milk float" - phương tiện phân phối sữa điện - hoạt động đến tận thập niên 1980, và quốc gia này trong phần lớn thế kỷ 20 là người sử dụng phương tiện đường bộ điện lớn nhất thế giới - nhưng đây là những chiếc xe được định nghĩa nhiệm vụ hẹp, không phải là ô tô đa dụng.

Những nỗ lực thử nghiệm của thế kỷ hai mươi: pin càng nặng thì đi càng xa

Từ thập niên 1920, ô tô điện trở nên chỉ còn vai trò nhỏ nhưng không hoàn toàn biến mất; mọi nỗ lực đều một lần nữa chứng minh rằng vấn đề luôn nằm ở pin. Tại Nhật Bản, chiếc Tama sản xuất năm 1947, với pin chì-axit, đã làm nhiệm vụ taxi với tốc độ 20 mph và phạm vi 40 dặm. Henney Kilowatt (1959-1960) nâng điện áp từ 36 V lên 72 V, đạt tốc độ 60 mph và phạm vi 60 dặm; tuy vậy chỉ khoảng 100 khung xe được sản xuất, với 47 chiếc được bán ra.

Thí nghiệm Electrovair II của GM (1966) là một điểm dữ liệu cho thấy mức độ nghiêm trọng của tình hình: pin bạc-kẽm, điện áp hệ thống 532 V, công suất 115 hp và phạm vi 40-80 dặm - nhưng pin chỉ chịu được 100 chu kỳ sạc và bộ pin có giá thành 160.000 đô la theo tỷ giá của năm đó. Năm 1971-72, Phương tiện Thanh tra Mặt trăng (LRV) phục vụ một mục tiêu khác: độ tin cậy tối thượng: với motor GM Delco và pin bạc-kẽm không sạc được, với chi phí 38 triệu đô la. Sau cuộc cấm vận OPEC năm 1973, sự quan tâm được hồi sinh: Chiếc Citicar ra mắt năm 1974 khiêm tốn với công suất 2,5 hp và tốc độ khoảng 25 mph, nhưng tổng sản lượng 4.444 chiếc đã khiến nó trở thành nhà sản xuất xe điện lớn nhất của Hoa Kỳ sau Thế chiến II cho đến năm 2013. đã khiến nó trở thành nhà sản xuất xe điện lớn nhất của Hoa Kỳ sau Thế chiến II. Các nguyên mẫu GM Electrovette năm 1977 dùng pin axit-chì, đi được 50 dặm với tốc độ 30 mph; khi kỳ vọng về giá xăng không thành hiện thực, dự án bị xếp xó.

GM EV1: chiếc xe đối mặt sớm với vấn đề pin

Trong thập niên 1990, luật yêu cầu phương tiện không phát thải của California đã tạo ra chiếc EV đầu tiên nghiêm túc của kỷ nguyên hiện đại từ một nhà sản xuất ô tô. GM chuyển từ концепт Impact sang sản xuất và bắt đầu cho thuê EV1 vào năm 1996–97; khách thuê nhận xe vào năm 1997, tổng cộng khoảng 1.000 chiếc được cho thuê. Mẫu đầu tiên dùng pin axit-chì; tùy chọn nikel-metal hydride (NiMH) sau này cung cấp phạm vi 70–160 dặm - một bước nhảy đáng kể trong hóa học pin thời đó, nhưng vẫn chưa đủ.

Những chiếc xe cuối cùng được sản xuất năm 1999; năm 2003, GM hủy chương trình với lý do chi phí sản xuất cao và thị trường nhỏ, chấm dứt hợp đồng thuê, thu hồi xe và phá hủy phần lớn. Đã có các cuộc biểu tình của người dân; Francis Ford Coppola là một trong số ít người được giữ lại chiếc xe của mình. Điều gì thực sự quyết định số phận của EV1 vẫn còn được tranh luận cho đến ngày nay: kể chuyện phổ biến nhấn mạnh chi phí và quy mô thị trường, trong khi cách đọc khác đặt trọng tâm vào khủng hoảng tài chính năm 1992 và thay đổi ban quản trị của GM (Jack Smith trở thành CEO). Điểm chung là: hóa học axit-chì và NiMH không đạt được mật độ năng lượng cần thiết để khiến một chiếc ô tô có lãi và thực dụng. Mảnh ghép còn thiếu là lithium-ion.

Cuộc cách mạng lithium-ion bắt đầu như thế nào?

Nghiên cứu cơ bản về pin lithium-ion được công bố vào thập niên 1970; John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham và Akira Yoshino cùng nhau nhận Giải Nobel Hóa học 2019 cho công trình này. Bước đột phá thương mại đến năm 1991: Sony bắt đầu sản xuất và bán những pin sạc lithium-ion đầu tiên trên thế giới dựa trên thiết kế của Yoshino - và chính sản phẩm này mang tên "lithium-ion". Pin đầu tiên xuất hiện trên máy ảnh, sau đó là các thiết bị điện tử tiêu dùng khác; xe điện khi đó chưa có trên bản đồ nhưng kho năng lượng sẽ khiến nó khả thi đã vào dây chuyền sản xuất hàng loạt.

Những con số ban đầu giải thích bằng dữ liệu vì sao công nghệ này giành ưu thế. Các tế bào thương mại đầu tiên cung cấp mật độ năng lượng thể tích ~200 Wh/L - gần gấp đôi các hệ thống đương thời. Mật độ khối lượng tăng từ dải 100–120 Wh/kg lên trên 300 Wh/kg; từ ngày ra mắt thị trường, sau ba thập niên, mật độ thể tích đã tăng gấp ba. Đường cong ấn tượng nhất là về chi phí: pin lithium-ion giảm từ ~9.200 đô la xuống 78 đô la mỗi kWh - mức giảm hơn 99%. Phần lớn các chuyển dịch công nghệ hoặc mang lại hiệu suất hoặc giảm chi phí; lithium-ion làm được cả hai cùng lúc, và điều đó đủ để biến đổi một chiếc ô tô.

Tiêu chí	1991 (tế bào thương mại đầu tiên)	Sau nhiều thập niên
Chi phí (mỗi kWh)	~9.200 $	78 $
Mật độ năng lượng thể tích	~200 Wh/L	Tăng gấp ba
Mật độ khối lượng	100–120 Wh/kg	Trên 300 Wh/kg
Người dùng EV đầu tiên hợp pháp trên cao tốc	Nissan Altra EV (1998)

Từ phòng thí nghiệm đến ô tô: dây chuyền kéo dài từ tzero đến Tesla Roadster

Khi điện tử tiêu dùng khiến pin lithium-ion trở nên dễ tiếp cận, các kỹ sư ô tô là những người đầu tiên nhận ra điều đó. Năm 1997, công ty AC Propulsion của Alan Cocconi giới thiệu tzero: 150 kW (201 mã lực) với pin chì-axit. Martin Eberhard đặt một chiếc tzero dùng lithium-ion; kết quả là 0-60 dặm/giờ trong 3,7 giây - với chi phí ước tính 220.000 đô la. Chiếc nguyên mẫu này là bằng chứng cho thấy một chiếc xe thể thao lithium-ion sản xuất số lượng thấp nhưng giá cao là có thể thương mại hóa được.

Năm 2003, Eberhard và Marc Tarpenning thành lập Tesla Motors; Elon Musk trước tiên cố gắng thuyết phục AC Propulsion sản xuất, sau đó đầu tư vào Tesla. Năm 2008, việc sản xuất Tesla Roadster bắt đầu: chiếc xe thể thao điện sản xuất hàng loạt đầu tiên trên thế giới sử dụng pin lithium-ion. Thế hệ đầu tiên sử dụng hệ thống truyền động được cấp phép của AC Propulsion, được chế tạo trên các bộ phận của Lotus Elise. Bảng thông số kỹ thuật như sau:

Phạm vi EPA: 244 dặm (393 km) - một trong những xe sản xuất đầu tiên chứng minh phạm vi 200 dặm.
0-100 km/h: 3,9 giây; 288 mã lực.
Pin: 53 kWh lithium-ion.
Sản lượng: Hơn 2.400 chiếc trong giai đoạn 2008-2012; giá năm 2010 là 109.000 đô la.
Độ bền: gói pin trung bình được kỳ vọng giữ lại 80-85% dung lượng ban đầu sau 100.000 dặm.

Đóng góp thực sự của Roadster không phải là công nghệ, mà là bằng chứng: với gói pin lithium-ion, tầm hoạt động thực tế, hiệu suất thực tế và tuổi thọ pin hợp lý có thể cùng tồn tại trên một chiếc xe. Năm 2011, Nissan Leaf ra mắt với gói lithium-ion 24,0 kWh với tư cách là chiếc EV đầu tiên của một hãng sản xuất lớn sử dụng nền tảng chuyên dụng, và đến tháng 1 năm 2018 trở thành chiếc xe thuần điện bán chạy nhất lịch sử với hơn 300.000 chiếc được bán; kỷ lục này sau đó được Tesla Model 3 kế thừa. Kinh nghiệm kỹ thuật còn lại từ EV1 tiếp tục sống trên trong các dòng Chevrolet Volt và Bolt.

Cuộc chuyển đổi đang đứng ở đâu hôm nay?

Bugünün 10 milyon elektrikli aracı, 1991'de bir kamera bataryasıyla başlayan zincirin uzantısıdır.

Sự tái cấu trúc ngành ô tô của lithium-ion được đo bằng quy mô: Đến cuối năm 2020, doanh số tích lũy của xe điện cắm sạc hạng nhẹ đã vượt 10 triệu chiếc. Đường cong chi phí tiếp tục giảm - giá gói pin được dự báo giảm xuống khoảng 80 đô la/kWh trước năm 2026; vào năm 2025, các gói pin hóa học LFP rẻ hơn trung bình hơn 40% mỗi kWh so với các loại hóa học thay thế. Phần đầu tiên của cuộc cách mạng được viết bằng lithium-ion; liệu phần tiếp theo có được viết bằng pin trạng thái rắn (solid-state) hay không vẫn là một câu hỏi kỹ thuật còn bỏ ngỏ.

Kết luận: cuộc cách mạng phần cứng đã làm cho một cuộc cách mạng thị trường trở nên khả thi như thế nào?

Xe điện từng có thị phần vào năm 1900 nhưng pin của nó không giữ được thị phần đó; GM đã sản xuất sản phẩm EV1 nhưng pin của nó không đủ khả năng gánh vác tính khả thi về lợi nhuận. Lithium-ion vượt qua cả hai ngưỡng đó: mật độ năng lượng đã giải quyết vấn đề quãng đường, đường cong chi phí đã giải quyết vấn đề giá cả. Tesla Roadster là chiếc xe đầu tiên nơi hai đường cong này giao nhau; đội xe 10 triệu chiếc ngày nay là sự kế thừa của chuỗi bắt đầu với một pin máy quay vào năm 1991. Phần cứng đã sẵn sàng, thị trường theo sau - thứ tự luôn diễn ra theo hướng đó và chưa bao giờ ngược lại.