Powerwall của Tesla có thật sự thần thánh trong mắt các nhà khoa học?

Công ty sản xuất ô tô Teslacủa tỷ phú Elon Musk đã ra mắt một dòng sản phẩm hoàn toàn mới, đó là pin năng lượng Powerwall thay thế các nguồn điện truyền thống trong gia đình và doanh nghiệp. Elon Musk cho biết “Mục tiêu của chúng tôi là làm thay đổi cách thức thế giới đang sử dụng năng lượng”. Powerwall thực sự đã tạo ra một cuộc cách mạng trong việc lưu trữ năng lượng, nó có chi phí thấp hơn, sử dụng nguồn năng lượng sạch, thiết kế nhỏ gọn và đẹp hơn để treo trong nhà. Tuy nhiên điều quan trọng là công nghệ tiên tiến ở bên trong cục pin này đã khiến nó trở thành bước đột phá trong ngành năng lượng.

Thiết bị Powerwall vừa ra mắt của Tesla.

Mặc dù các công nghệ được áp dụng bên trong Powerwall được giữ bí mật tuyệt đối, tuy nhiên giáo sư hóa học Jordi Cabana tại trường đại học Illinois, người chuyên nghiên cứu các vật liệu pin mới đã tiến hành nghiên cứu rất kỹ lưỡng công nghệ của Powerwall. Giáo sư cho biết “Khi nhìn vào các thông số kỹ thuật được công bố, có thể thấy công nghệ được sử dụng trong Powewall gần giống với những gì mà họ đặt trong những chiếc xe 4 bánh chạy bằng điện của mình. Nhưng vẫn có những điểm khác biệt để nó có thể sử dụng trong các hộ gia đình và cả doanh nghiệp”.

Công nghệ cơ bản

Hệ thống pin mới của Tesla được gọi là Powerwall, cho khả năng lưu trữ 10 kW-h điện năng và có giá 3500 USD. Một chiếc máy sấy tóc tiêu tốn khoảng 1 kW, trong khi một chiếc bếp tốn nhiều điện hơn với khoảng vài kW. Do đó một chiếc Powerwall có thể cấp điện cho một hộ gia đình trong khoảng vài giờ với những sinh hoạt cơ bản.

Một chiếc hộp Powerwall có kích thước 130 x 86 x 18 cm có thể treo trên tường với thiết kế khá đẹp mắt. Nó còn có thể kết nối với internet để người dùng theo dõi quá trình sử dụng điện của mình. Công nghệ này là khá giống với những cục pin bên trong mẫu xe điện Model S của Tesla, theo đánh giá của giáo sư Jordi Cabana.

Cấu tạo và nguyên lý pin lithium-ion.

Mặc dù Tesla giữ kín công nghệ sử dụng trong loại pin này, nhưng các nhà khoa học đánh giá rằng mẫu xe Model S đang sử dụng một loại pin lithium-ion. Điểm đặc biệt là bên trong cục pin này, cực âm được làm từ hợp kim niken, mangan và oxit coban. Còn về cơ chế hoạt động thì nó khá giống với các loại pin lithium-ion khác.

Và sự khác biệt

Dòng điện sử dụng trong chiếc xe là điện một chiều, trong khi đó điện sử dụng trong nhà lại là điện xoay chiều. Do đó có thể thấy Powerwall có sự khác biệt so với loại pin sử dụng trong xe Model S của Tesla. Để có thể sử dụng dòng điện một chiều cho các sinh hoạt trong nhà, bên cạnh cục pin Powerwall thì sẽ cần có thêm một bộ chuyển đổi.

Do đó có thể thấy rằng công nghệ lưu trữ điện năng của Powerwall không quá khác biệt so với những công nghệ pin năng lượng khác. Nhưng điều đặc biệt của Powerwall chính là làm thay đổi cách thức chúng ta sử dụng điện năng.

Năng lượng Mặt Trời không phải là mới mẻ, tuy nhiên loại năng lượng này không đủ mạnh để cung cấp năng lượng liên tục cho một căn nhà. Do đó nó cần đến một thiết bị lưu trữ để có thể sử dụng chỉ khi cần thiết. Trên thực tế nó không thể nào thay thế mạng lưới điện truyền thống, mà chỉ thực sự hữu ích khi mà căn nhà của bạn mất điện đột ngột.

Có thể thấy rằng Powerwall là một cục pin lithium-ion cỡ lớn, với khả năng lưu trữ nhiều điện năng hơn để bạn có thể sử dụng trong khoảng vài giờ, giá thành phải chăng, thiết kế nhỏ gọn và đặc biệt là nó rất đẹp. Nghe có vẻ không mấy liên quan, nhưng thực sự là thiết kế của Powerwall khiến cho chúng ta ấn tượng ngay từ cái nhìn đầu tiên, nó giống với một thiết bị của tương lai và hoàn toàn khác với những cục ắc-quy trước đây. Giống như những chiếc siêu xe, đẹp cũng là một yếu tố khá quan trọng.

Vậy Powerwall có thực sự thần thánh?

Như đã nói ở trên, để có thể cung cấp điện xoay chiều cho căn nhà thì Powerwall cần có một thiết bị chuyển đổi giữa dòng xoay chiều và một chiều. Nhưng theo thiết kế được công bố thì nó lại không hề có thiết bị này, do đó nếu chỉ mua một cục Powerwall bạn sẽ chỉ có dòng một chiều để sạc cho xe điện. Nếu muốn sử dụng nó như nguồn điện dự trữ cho gia đình và sạc nó bằng điện truyền thống, bạn sẽ phải trả thêm tiền cho bộ chuyển đối và giá của nó sẽ đội lên chứ không phải chỉ là 3.500 USD như ban đầu.

Powerwall có thể ghép 3 cục 10 kW-h để có nhiều năng lượng hơn, nhưng giá cũng gấp 3 lần.

Vậy giả sử bạn đã có một thiết bị chuyển đổi dòng xoay chiều, vấn đề tiếp theo là gì? Tesla ra mắt hai phiên bản 7 và 10 kW-h, nó đủ cung cấp điện cho ngôi nhà của bạn trong vài tiếng. Nhưng theo công ty thì bạn có thể gộp nhiều cục Powerwall lại với nhau để có một cục pin “khổng lồ” 20 kW-h hay thậm chí là nhiều hơn thế. Nhưng cái giá mà bạn phải trả cũng là gấp đôi và gấp nhiều lần 3.500 USD.

Bây giờ chúng ta sẽ sử dụng một số kiến thức vật lý cơ bản để xem khả năng lưu trữ điện năng của Powerwall có vượt trội hay không. Chúng ta có công thức tính năng lượng đó là công suất chia cho thời gian. Chuyển đổi một chút ta sẽ có công thức tính thời gian.

Với một cục Powerwall loại 10 kW-h, coi như công suất tiêu thụ với các đồ gia dụng cơ bản trong nhà là 2 kW (đây chỉ là ước lượng), chúng ta sẽ có 5 giờ thoải mái sử dụng. Tất nhiên trên thực tế hiệu suất không thể đạt 100%, đó là chưa kể đến việc hao hụt khi chuyển đổi giữa dòng một chiều và xoay chiều. Vậy trung bình chúng ta có khoảng 3 giờ sử dụng với công suất 2 kW trong gia đình.

Đó chưa phải kết quả cuối cùng, hãy tính đến mật độ năng lượng, được tính bằng năng lượng chia cho thể tích của vật lưu trữ. Với mật độ năng lượng, chúng ta có thể biết được thiết bị lưu trữ có được nhiều điện hay không. Vậy mật độ năng lượng của Powerwall là bao nghiêu?

Kích thước của Powerwall là 130 cm x 86 cm x 18 cm, vậy thể tích của nó là 0,201 m3. Với 10 kW-h ta có 36 MJ năng lượng. Vậy Powerwall có mật độ năng lượng 179 MJ/m3 hoặc 0,179 MJ/L. Nếu như nhìn vào bảng mật độ năng lượng của các thiết bị lưu trữ trên Wiki. Chúng ta có thể thấy rằng Powerwall là thấp hơn so với pin axit-chì truyền thống, với mật độ năng lượng 0,56 MJ/L.

Powerwall không thể là nguồn điện chính cho tất cả các thiết bị trong nhà.

Điều này có thể là do các không gian phụ bên trong pin của Tesla, do không phải toàn bộ không gian bên trong của Powerwall đều được sử dụng để lưu trữ điện năng. Tuy nhiên bên cạnh đó chúng ta có mật độ năng lượng theo khối lượng của Powerwall là 0,36 MJ/kg (Powerwall có khối lượng khoảng 100kg). Giá trị này đúng với danh mục pin Lithium-ion trong bảng mật độ năng lượng của wiki, điều đó đồng nghĩa với việc nó giống với những chiếc pin trong laptop và smartphone mà bạn đang sử dụng.

Tạm kết

Như vậy, công nghệ của Powerwall không có gì gọi là vượt bậc, thậm chí đó đều là những công nghệ đã có từ rất lâu được tổng hợp lại. Tuy nhiên điều mà Tesla làm được đó là giới thiệu một phương thức sử dụng điện năng mới, năng lượng sạch, thiết kế đẹp.

Tương lai có thể Powerwall và Powerpack sẽ phát triển hơn nữa và tạo đột phá, nhưng chưa phải bây giờ.

Trong tương lai, nếu Tesla có thể xây dựng một mạng lưới điện thông minh, kết nối toàn bộ các Powerwall trên thế giới lại với nhau thì đây mới là sự đột phá của ngành năng lượng. Khi mà chia sẻ điện năng sẽ trở thành một điều rất đơn giản, cùng với việc quản lý điện năng một cách thông minh. Còn hiện tại, Powerwall sẽ giúp bạn sạc điện cho ô tô, chạy quạt, tivi và máy tính lúc mất điện, giảm hóa đơn tiền điện bằng cách sạc điện lúc giờ không cao điểm để sử dụng vào lúc giờ cao điểm.

Tham khảo: wired, livescience

>>Dự án năng lượng Tesla: đã tới lúc nói lời tạm biệt với nhiên liệu hóa thạch