Lithium là gì và tại sao nó lại quan trọng đối với ô tô điện?

Trước khi John B. Goodenough tạo ra pin lithium-ion sạc lại vào năm 1980 , Lithium không được nhiều người quan tâm. Đến giữa thập kỷ tiếp theo, pin lithium-ion đã trở thành giải pháp cung cấp năng lượng cho thiết bị điện tử, và nhu cầu về nguyên tố này tăng vọt. Lithium hiện là thành phần chính trong pin, không chỉ cung cấp năng lượng cho thiết bị điện tử tiêu dùng mà còn cho ngày càng nhiều xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng cố định.

Sản lượng lithium toàn cầu đã tăng trưởng liên tục trong ba thập kỷ qua- đôi khi hơi quá nhanh . Năm 1995, sản lượng chỉ đạt 9.500 tấn, vượt qua 100.000 tấn lần đầu tiên vào năm 2021 và năm 2023 chứng kiến sản lượng hằng năm cao nhất là 180.000 tấn. Theo Báo cáo Thống kê Năng lượng Thế giới năm 2022 của BP , khoảng 74% lượng lithium khai thác trong năm đó được dùng để sản xuất pin, 14% được sử dụng trong thủy tinh và gốm sứ, và 12% còn lại được sử dụng cho các mục đích khác như sản xuất chất bôi trơn hoặc sản xuất nhôm.

Vậy Lithium là gì? tạo sao lại quan trọng với xe điện. Nguyên tố được lựa chọn cho pin xe điện và xe nâng điện sạc mật độ cao vì nó có tỷ lệ điện tích trên trọng lượng cao nhất, điện thế điện hóa cao nhất (tức là có thể chịu được điện áp cao nhất) và tốc độ sạc nhanh nhất. Nó cũng là kim loại nhẹ nhất trong số các kim loại được sử dụng phổ biến nhất trong chế tạo pin (các kim loại khác là niken, coban, mangan, vanadi và chì), và tốt nhất về số chu kỳ sạc-xả mà nó có thể thực hiện mà không bị mất dung lượng. 

Có rất nhiều loại pin xe điện sử dụng công nghệ lithium-ion với thành phần hóa học khác nhau. Hầu hết cực dương của chúng được làm bằng than chì, trong khi cực âm được làm bằng lithium pha trộn với các kim loại khác theo tỷ lệ khác nhau. Phổ biến nhất là NMC (Niken Mangan Coban), NCA (Niken Coban Nhôm Oxit) hoặc LFP (Lithium Iron Phosphate) . Pin thể rắn , được kỳ vọng sẽ là bước tiến lớn tiếp theo trong thế giới xe điện, cũng sẽ sử dụng lithium.

Tóm lại, đây là một loại khoáng chất kỳ diệu đang có nhu cầu ngày càng tăng. Nếu bạn từng thắc mắc lithium được khai thác như thế nào, khai thác từ đâu và tương lai của nguồn năng lượng lithium-ion sẽ ra sao, hãy đọc tiếp.

Liti là một kim loại có màu bạc nhạt, có độ đặc tương tự như phô mai. Ở trạng thái tinh khiết, bạn có thể cắt nó bằng dao. Nó có một trong những điểm nóng chảy thấp nhất trong số các kim loại, ở mức 180,5 °C (356 °F). Liti ít phổ biến trong tự nhiên hơn các kim loại khác, và ngay cả ở những nơi tìm thấy nó, nồng độ thường rất thấp. Quặng khai thác cần trải qua nhiều quy trình khác nhau trước khi thu được các hợp chất liti có thể sử dụng được.

Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ ( USGS ) ước tính Trái Đất có trữ lượng khoảng 88 triệu tấn lithium. Hiện tại, chỉ khoảng một phần tư trữ lượng lithium này được coi là khả thi về mặt kinh tế để khai thác và chiết xuất. Tuy nhiên, khi công nghệ và khả năng phát hiện lithium trong tự nhiên được cải thiện, chúng tôi kỳ vọng sẽ có thêm nhiều mỏ lithium khả thi.

Benchmark Minerals cho biết khoảng 60% tổng lượng lithium được khai thác đến từ đá cứng, nghĩa là nó được khai thác tương tự như hầu hết các kim loại khác. Đá chứa lithium được khai thác, sau đó nghiền nát, và lithium cùng các khoáng chất hữu ích khác được tách ra và chuyển đi tinh chế thêm. Quặng silicat cứng chứa lithium được gọi là spodumene, được tinh chế thành tinh quặng spodumene, sau đó được vận chuyển đi khắp thế giới, nơi nó được sử dụng trong sản xuất pin lithium-ion.

Phần còn lại của lithium tạo nên nguồn cung toàn cầu đến từ nước muối, nơi nó được tìm thấy dưới dạng lithium clorua. Quá trình thu hồi nước muối lithium đơn giản hơn, bao gồm việc bơm nước giàu khoáng chất (nước muối) - có thể tìm thấy trên bề mặt hoặc dưới lòng đất - vào các hồ chứa, nơi nó từ từ bốc hơi trong vài tháng, cuối cùng để lại lithium và các khoáng chất khác được thu thập và xử lý. Sản phẩm thu được là lithium cacbonat, được đưa đến các nhà máy sản xuất pin, nơi nó được sử dụng trong các bộ phận catốt và chất điện phân của pin.

Trong hai quy trình, việc khai thác lithium từ đá tiêu tốn nhiều năng lượng hơn đáng kể. Tuy nhiên, nó cũng được dự đoán sẽ chiếm phần lớn sản lượng lithium, vì lithium trong đá nhiều hơn trong nước muối. Nước biển cũng có lithium, nhưng với hàm lượng thấp hơn nhiều so với các ion khác như natri, và hiện tại không đáng để khai thác.

Những quốc gia nào sản xuất nhiều Lithium nhất?

Theo Cổng thông tin Khí hậu MIT , Chile, quốc gia chủ yếu khai thác lithium từ nước muối, từng là nước dẫn đầu thế giới về sản lượng lithium. Hiện nay, nước này đã bị Úc, nơi lithium được khai thác từ đá, vượt qua. Trung Quốc đứng thứ ba. Sản lượng của Trung Quốc đang tăng nhanh hơn Chile, vì vậy có khả năng sẽ vươn lên vị trí thứ hai trong vài năm tới.

Argentina đứng thứ tư, tiếp theo là Brazil, và tổng sản lượng lithium của cả hai nước này lớn hơn phần còn lại của thế giới cộng lại. Tất cả các quốc gia sản xuất lithium hàng đầu thế giới đều có kế hoạch tăng sản lượng. Họ đang cố gắng đáp ứng nhu cầu toàn cầu ngày càng tăng, được thúc đẩy bởi sự phát triển của thị trường xe điện và điện tử tiêu dùng. 

Tại Hoa Kỳ, California dự kiến sẽ trở thành trung tâm sản xuất lithium của cả nước . Nơi đây có đủ nguồn tài nguyên cho khoảng 300 triệu xe điện .

Các nhà máy sản xuất pin ( hầu hết ở Trung Quốc ) thu được lithium dưới dạng lithium cacbonat tương đương (LCE), bất kể phương pháp nào. Họ tiếp tục tinh chế nó để sử dụng trong các cell pin. Một bộ pin xe điện trung bình sử dụng 17,6 pound lithium, nhưng con số này thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào kích thước của bộ pin và thành phần hóa học cụ thể của nó.

Lượng lithium trung bình trên mỗi gói hiện nay thấp hơn so với một thập kỷ trước, và con số này sẽ tiếp tục giảm khi công nghệ pin xe điện và xe nâng tiếp tục được cải thiện. Lithium cũng là một nguyên tố khá dồi dào. Về bản chất, nó không đắt đỏ do khan hiếm. Nguyên nhân chính khiến giá thành tăng cao là các quy trình cần thiết để chiết xuất nó từ cả quặng và nước muối, rồi vận chuyển nó đi khắp thế giới, cùng với công suất hạn chế của các cơ sở khai thác và tinh chế hiện tại.

Giá lithium hiện ở mức khoảng 15.500 đô la Mỹ/tấn dạng cacbonat tại Trung Quốc, nơi phần lớn được sử dụng để sản xuất pin cho cả thiết bị điện tử và xe điện. Con số này cao hơn khoảng 10% so với năm 2023, và Mining.com ước tính giá của nó sẽ tiếp tục tăng đều đặn, đạt khoảng 20.000 đô la Mỹ vào năm 2025. Tuy nhiên, trước đây, giá của nó từng cao hơn rất nhiều, với mức cao nhất mọi thời đại là hơn 74.000 đô la Mỹ sau một đợt tăng giá đột ngột do thiếu hụt nguồn cung nghiêm trọng vào năm 2022.

Đọc thêm: Thị trường xe nâng chạy bằng pin lithium điện

Có đủ Lithium cho tương lai của xe điện không?