Tương lai xe điện của GM: Hy vọng đặt vào công nghệ pin mới và nhà máy chiến lược

Ẩn mình giữa các công trình kiến trúc nổi bật tại Trung tâm Công nghệ Warren (Warren Tech Center) rộng lớn của General Motors (GM) bên ngoài Detroit là một hòn đá tảng mới trong khoản cược 900 triệu USD của hãng xe này vào tương lai điện khí hóa.

Cặp tòa nhà màu trắng kem với tổng diện tích 500.000 feet vuông (khoảng 46.500 m²), nơi đặt Trung tâm Phát triển Ô Pin (Battery Cell Development Center) mới của GM, có vẻ ngoài khá bình thường. Tuy nhiên, bên trong đó chứa đựng chìa khóa cho kế hoạch giảm giá thành xe điện (EV) gần 10% của nhà sản xuất ô tô này.

Trung tâm Phát triển Ô Pin của GM

Trong bối cảnh một số công ty ô tô đang thu hẹp đầu tư vào xe điện, Trung tâm Phát triển Ô Pin mới của GM là một phần của sự tái khởi động chiến lược. GM cho biết cơ sở này sẽ cho phép hãng đưa ra dòng pin giá thấp hơn ra thị trường nhanh hơn kế hoạch một năm.

GM không thể miễn nhiễm hoàn toàn với sự chững lại của thị trường xe điện tại Mỹ. Năm ngoái, hãng đã phải ghi nhận khoản phí 1,6 tỷ USD khi tái cấu trúc công suất sản xuất xe điện, đồng thời sa thải hàng nghìn nhân viên. Có thông tin cho rằng GM đã tạm hoãn việc làm mới dòng xe bán tải và SUV cỡ lớn chạy điện.

Để đưa chiến lược xe điện trở lại quỹ đạo, Kurt Kelty, phó chủ tịch phụ trách pin và bền vững tại GM, đang đặt cược thành công của công ty vào công nghệ hóa chất pin mới được gọi là LMR. Kelty, người từng dẫn dắt công nghệ pin tại Tesla, đã biến đây thành sản phẩm chủ đạo của ông trong hai năm gắn bó với công ty.

"Đó thực sự sẽ là sản phẩm mũi nhọn của chúng tôi," Kelty chia sẻ với TechCrunch. "Đó sẽ là dòng sản phẩm chính."

Khởi động lại chiến lược pin

Sự ra mắt chậm chạp của xe điện từ GM phản ánh tình hình chung của ngành công nghiệp pin tại Mỹ, nơi đã phát triển gián đoạn trong vài thập kỷ qua. Các công ty khởi nghiệp sớm không đạt được kỳ vọng, và gần đây, sự cạnh tranh gay gắt từ các công ty Trung Quốc đã buộc các nhà sản xuất ô tô và pin phải suy nghĩ lại về các kế hoạch đã đưa ra cách đây 5 năm.

Tại GM, áp lực này đã dẫn đến việc rút ngắn vòng đời của Ultium, nền tảng pin thương hiệu nằm dưới các dòng xe điện hiện tại của hãng. Giống như phần lớn ngành công nghiệp, GM từng đặt cược nặng nề vào hóa chất pin đắt đỏ nhưng mạnh mẽ gọi là NMC (niken-mangan-coban). Chi phí vật liệu tăng cao và sự thống trị của Trung Quốc đối với các khoáng sản quan trọng đã giữ giá xe điện ở mức cao hơn mong đợi. NMC sẽ không biến mất, nhưng tại GM, nó sẽ bị giới hạn cho các dòng xe cao cấp.

Thay vào đó, GM đã phát triển LMR (lithium-manganese-rich - giàu lithi và mangan), hãng cho rằng loại này có mật độ năng lượng gần tương đương NMC nhưng với chi phí có thể so sánh với các hóa chất rẻ hơn như LFP (lithium-sắt-phốt-pho) dùng cho các dòng xe giá rẻ như Chevrolet Bolt.

Khi giới thiệu LMR vào năm ngoái, GM cho biết với một chiếc xe bán tải như Chevrolet Silverado EV, hóa chất mới này sẽ giúp duy trì phần lớn quãng đường di chuyển hơn 400 dặm (khoảng 644 km) trong khi giảm chi phí ít nhất 6.000 USD. Đối với một mẫu xe tầm trung, điều này sẽ giúp giá của nó tiệm cận với phiên bản chạy xăng.

Mẫu pin nguyên mẫu LMR

Việc tìm ra một hóa chất pin mới là một chuyện, nhưng sản xuất hàng gigawatt-hour là một chuyện khác, đặc biệt là với tốc độ phát triển của ngành xe điện. Đối mặt với áp lực từ những gã khổng lồ ô tô như BYD và các ông lớn pin như CATL, GM cho biết họ muốn đưa xe sử dụng pin LMR ra đường vào năm 2028. GM cần Trung tâm Phát triển Ô Pin mới này hoạt động hiệu quả nếu muốn đạt được mốc thời gian đó.

Tòa nhà mới này đóng vai trò là hòn đá tảng trong chiến lược pin của GM. Công ty đã khai trương Trung tâm Đổi mới Ô Pin Wallace (Wallace Battery Cell Innovation Center) và nhà máy gigafactory đầu tiên vào năm 2022. Điều còn thiếu là một cầu nối để kết nối những đột phá từ Wallace với các nhà máy sản xuất tại Tennessee và Ohio.

BCDC, như cách những người trong ngành gọi cơ sở này, giống như một dây chuyền thí điểm (pilot line) nhưng quy mô lớn hơn. Khi hoạt động hết công suất, nó có khả năng sản xuất khoảng 2.500 ô pin mỗi ngày, tương đương khoảng nửa gigawatt-hour mỗi năm. Nó sẽ nhận các pin được phát triển theo lô nhỏ — khoảng 30 đến 50 cái mỗi ngày — tại Trung tâm Nghiên cứu Ô Pin Wallace bên cạnh và xác định xem chúng đã sẵn sàng cho sản xuất hay chưa.

Làm chủ công thức pin

Nhiều công thức cho pin mới thất bại khi được mở rộng quy mô thương mại, và các công ty không có nhiều năm để giải quyết các vấn đề. Nếu một hóa chất mới không thể đạt tỷ lệ thành phẩm 85% trong vòng 18 tháng trên dây chuyền sản xuất, nó không nên được coi là khả thi về mặt thương mại, theo một báo cáo của McKinsey.

Thách thức tương tự như việc sử dụng công thức nấu ăn cho một gia đình 4 người nhưng mở rộng quy mô cho một đám cưới 400 khách. Không chỉ là thông lượng của nhà máy, mà các pin từ trung tâm nghiên cứu là các ô pin nhỏ dạng xu (coin cells), trong khi các ô pin trong gói xe điện trông giống như một thớt cắt nhỏ.

"Khi bạn biết cách làm công thức đó tại Wallace, bạn phải tìm ra cách làm thế nào để sản xuất nó với số lượng lớn?" Kelty nói. "Bạn học được rất nhiều điều khi chuyển từ ô pin nhỏ sang định dạng lớn vì nó không chuyển đổi hoàn hảo."

BCDC được thiết kế để làm cho bước chuyển này bớt đau đớn hơn.

Một lần chạy thử nghiệm tại cơ sở này tốn khoảng 200.000 USD, thấp hơn nhiều so với nhà máy Ultium quy mô đầy đủ. Khi đội ngũ BCDC tự tin rằng họ đã nắm vững quy trình, việc chuyển đổi sang sản xuất đầy đủ sẽ dễ dàng hơn, Kelty cho biết. "Thiết bị gần như giống nhau giữa hai bên, vì vậy việc bàn giao không nên quá khó khăn."

BCDC nhỏ hơn một hoặc hai cấp độ so với nhà máy pin Ultium rộng 2,8 triệu feet vuông tại Tennessee. Nhà máy Ultium sản xuất khoảng 300.000 ô pin mỗi năm, tương đương 45 gigawatt-hour. BCDC có ít dây chuyền sản xuất hơn, sản xuất khoảng một phần trăm số lượng ô pin, và các bể trộn vật liệu pin của nó chứa 40 lít thay vì 2.000 lít. Mặc dù nhỏ hơn, BCDC vẫn lớn hơn một cấp độ so với Trung tâm Wallace bên cạnh.

"BCDC được thiết kế để thu hẹp khoảng cách," Mo Gallegos, người đứng đầu BCDC tại GM, chia sẻ với TechCrunch.

Ứng dụng mô hình AI

Để cắt giảm chi phí thêm nữa, GM đã làm việc để mô phỏng càng nhiều quy trình càng tốt bằng cách sử dụng nhiều mô hình AI khác nhau. Công ty đã đầu tư mạnh vào sức mạnh tính toán, và mặc dù không ai đưa ra con số cụ thể, tôi được biết nó ở "quy mô phòng thí nghiệm quốc gia".

Nhà sản xuất ô tô này đã phát triển các mô hình dựa trên vật lý để mô phỏng cách các thay đổi về hóa chất hoặc quy trình sản xuất sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của ô pin.

"Với LMR, chúng tôi đã ghi nhận hơn 150 triệu giờ CPU," Radu Theyyunni, giám đốc điện hóa toàn cầu và hệ thống truyền lực tại GM, cho biết. "Hầu hết các chương trình động cơ không sử dụng nhiều giờ lõi như vậy."

Cũng có một bản sao số (digital twin) của toàn bộ BCDC, bao gồm các bảng điều khiển thiết bị, dây dẫn, và thậm chí cả các cánh quạt trong bể trộn. Trước khi bước chân vào BCDC, đội ngũ đã yêu cầu tôi đeo kính thực tế ảo (VR) và dẫn tôi qua bản sao số, nơi tôi có thể theo dõi dây chuyền sản xuất từ đầu đến cuối.

Khi BCDC bắt đầu hình thành, bản sao số đã được sử dụng cho nhiều nhiệm vụ khác nhau. Trong một trường hợp, đội ngũ đã sử dụng nó để xác định xem các kế hoạch có đủ không gian xung quanh thiết bị cho vận hành và sửa chữa thường xuyên hay không. Trong một trường hợp khác, họ mô phỏng các hệ thống điều khiển thiết bị để đảm bảo mọi thứ hoạt động như ý định.

"Thiết bị có chạy như dự kiến không? Nó có chạy an toàn không? Nó có thực hiện tất cả những việc mà chúng ta nghĩ hệ thống điều khiển này sẽ làm không? Điều đó rút ngắn thời gian gỡ lỗi và tăng tốc của chúng tôi," Gallegos nói. Nhìn chung, GM cho biết các mô phỏng đã giúp hãng tiết kiệm hàng triệu USD.

GM cần tất cả tốc độ có thể.

Mặc dù thị trường xe điện tại Mỹ gần đây đã hạ nhiệt, nhưng trên toàn cầu, nó đã tăng trưởng 20% vào năm ngoái. Viễn cảnh về giá dầu cao kết hợp với chi phí pin giảm cho thấy sự chuyển đổi khỏi nhiên liệu hóa thạch sẽ diễn ra, nếu không phải sớm hơn thì muộn hơn.

Nếu LMR kịp thời sẵn sàng, nó có thể giúp GM cung cấp các xe điện có giá cạnh tranh với quãng đường di chuyển đủ lớn để xoa dịu người tiêu dùng Mỹ lo ngại. Nhưng trước tiên, LMR cần vượt qua BCDC. Gallegos hy vọng những lô hàng đầu tiên sẽ xuất xưởng vào cuối năm nay.

Trong thập kỷ tới, việc phát triển pin sẽ quan trọng đối với các nhà sản xuất ô tô giống như việc phát triển động cơ trong thế kỷ trước vừa qua. Tương lai xe điện của GM phụ thuộc vào khả năng dẫn dắt các hóa chất mới từ R&D đến sản xuất.

Kelty thường nói rằng GM đang phát triển "loại pin phù hợp cho ứng dụng phù hợp", có lẽ là sự nhắc lại một khẩu hiệu cũ của công ty, "một chiếc xe cho mọi túi tiền và mục đích".

LMR có thể là bài kiểm tra đầu tiên của BCDC, nhưng nó khó có thể là bài kiểm tra cuối cùng.