Tàu ngầm Trung Quốc chuyển sang dùng pin lithium

Theo tờ Conversation, Trung Quốc có kế hoạch nâng cấp các tàu ngầm thông thường của mình từ sử dụng pin chì sang pin lithium-ion, một động thái có thể tăng đáng kể năng lực chiến đấu và tồn tại của hạm đội.

Trong tháng này, tờ Bưu điện Hoa Nam Buổi sáng (SCMP) đưa tin rằng hạm đội tàu ngầm thông thường của Trung Quốc có thể sớm được cung cấp năng lượng bằng pin lithium-ion, nhờ tận dụng lợi thế công nghệ trong ngành công nghiệp xe điện (EV) của nước này, hiện cũng là ngành lớn nhất thế giới.

Tờ báo lưu ý rằng Trung Quốc sản xuất 3/4 pin EV trên thế giới, mang lại lợi thế hàng đầu trong công nghệ pin.

Theo các nhà nghiên cứu của Học viện Tàu ngầm Hải quân ở Thanh Đảo (Trung Quốc), pin lithium-ion có thể tăng gấp đôi độ bền dưới nước của tàu ngầm và cải thiện đáng kể khả năng tăng tốc cho các hoạt động tốc độ cao.

SCMP lưu ý rằng Hải quân Trung Quốc đã cố gắng thay thế pin axit-chì truyền thống bằng pin lithium-ion trong hơn một thập kỷ qua nhưng đã do dự vì nguy cơ rủi ro. Trung Quốc được cho là sở hữu hạm đội tàu ngầm thông thường lớn nhất thế giới với ước tính từ 60 đến 70 chiếc.

Pin axít chì đã được sử dụng trong tàu ngầm kể từ Thế chiến thứ hai. Tuy nhiên, chúng có khả năng lưu trữ năng lượng thấp, sạc chậm, công suất đầu ra yếu, tuổi thọ ngắn và sinh ra khói độc hại. Ngược lại, pin lithium-ion có mật độ năng lượng cao hơn, sạc nhanh hơn, tốc độ xả lớn hơn và tuổi thọ pin dài hơn.

Tuy nhiên, pin lithium-ion có nguy cơ thoát nhiệt và cháy nổ, đặc biệt nghiêm trọng đối với tàu ngầm. Nghiên cứu chuyên đề GlobalData lưu ý rằng một đơn vị pin lithium-ion quá nóng có thể gây ra phản ứng dây chuyền dẫn đến hỏng hóc do thoát nhiệt trong toàn bộ pin dự trữ, dẫn đến hỏa hoạn thảm khốc.

Ông Wang Fang, trưởng nhóm nghiên cứu tại Học viện Tàu ngầm Hải quân cho biết, các giải pháp an toàn trong công nghệ lithium-ion được phát hiện trong quá trình phát triển sâu rộng của ngành công nghiệp xe điện tại Trung Quốc, giúp giảm thiểu một số rủi ro trước đó. Ông nói: “Sau khi giải quyết được những vấn đề này, việc thay thế pin axit-chì bằng pin lithium trên các tàu ngầm thông thường chỉ là một bước ngoặt”.

Nhóm nghiên cứu cho hay, việc sử dụng phốt phát sắt sẵn có, với giá rẻ, có thể thay thế cho sự kết hợp niken và coban thông thường nhưng nguy hiểm trong pin lithium-ion, giúp cải thiện độ an toàn mà không ảnh hưởng đến hiệu suất.

Theo dữ liệu ngành được SCMP trích dẫn, số lượng xe điện sử dụng công nghệ pin phốt phát sắt của thị trường Trung Quốc đã vượt quá số lượng xe sử dụng pin niken-coban.

Các cải tiến an toàn khác của nhóm nghiên cứu đối với pin lithium-ion của tàu ngầm bao gồm carbon cứng và lớp phủ gốm để bao bọc pin, có thể cải thiện độ an toàn của chúng trên tàu ngầm.

Bước ngoặt chuyển đổi pin lithium cũng có thể được kích hoạt bởi chiến lược tổng hợp quân sự-dân sự của Trung Quốc, một chiến lược đã loại bỏ các rào cản trong quá khứ giữa nghiên cứu dân sự, các thực thể thương mại với các lĩnh vực công nghiệp quốc phòng và quân sự. Chiến lược này nhằm khai thác tính chất lưỡng dụng của các công nghệ có cả ứng dụng dân sự và quân sự như pin lithium-ion.

Tờ SCMP lưu ý rằng Nhật Bản và Hàn Quốc đã vận hành pin lithium-ion trong tàu ngầm của họ, lần lượt từ năm 2018 và 2021. Tuy nhiên, bài báo đề cập rằng Nhật Bản sử dụng mangan trong pin lithium-ion của họ để tăng tính an toàn dù phải trả giá bằng hiệu suất. Ngược lại, Hàn Quốc sử dụng niken và coban nhưng có nhiều tính năng an toàn hơn.

Nguồn tin đề cập rằng Đức và Pháp cũng đã phát triển nguyên mẫu pin lithium-ion cho tàu ngầm với kế hoạch phục vụ trong quân đội trong tương lai.

Pin Lithium-ion có nhiều ưu điểm hơn so với các hệ thống đẩy không phụ thuộc vào không khí (AIP), chẳng hạn như động cơ Stirling và tuabin hơi nước chu trình kín. Các thiết bị định vị có thể ghép nối chúng với pin nhiên liệu hydro để bù đắp những hạn chế trước đây.

Tổng biên tập trang The Warzone, Tyler Rogoway - một nhà nghiên cứu về công nghệ quân sự, từng lưu ý rằng các tàu ngầm Stirling AIP như lớp Gotland của Thụy Điển phải mang oxy lỏng lên tàu, điều này gây ra những nguy hiểm cố hữu, chiếm không gian bên trong đáng kể, chưa kể có nhiều bộ phận chuyển động cần được cách âm bổ sung. Động cơ Stirling cũng bị hạn chế bởi công suất đầu ra thấp, hạn chế khả năng trong các hoạt động tác chiến tầm ngắn.

Tương tự, các tuabin hơi nước chu trình kín như Mô-đun năng lượng tàu ngầm tự trị của Pháp (MESMA) có cùng những hạn chế như động cơ Stirling vì nó cần nguồn cung cấp etanol và oxy lỏng trên tàu. MESNA cũng đòi hỏi cách âm tốn kém.

Ông Rogoway lưu ý rằng việc ghép nối lithium-ion với pin nhiên liệu trong tàu ngầm có thể mang lại độ bền cực cao, hoạt động cực kỳ yên tĩnh, tăng tốc nhanh và tốc độ lao nhanh, nhưng chi phí và độ phức tạp vẫn là những vấn đề quan trọng.

Tàu ngầm pin lithium-ion cũng có ưu điểm là êm hơn tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân. Mặc dù tàu ngầm hạt nhân có tầm hoạt động và độ bền không giới hạn, nhưng lò phản ứng hạt nhân của chúng tạo ra nhiệt có thể phát hiện được và do đó phải giữ cho máy bơm làm mát luôn hoạt động, đồng nghĩa tạo ra tiếng ồn có thể phát hiện được.

Hơn nữa, các tàu ngầm hạt nhân phát ra các dấu vết bức xạ nhỏ khi chúng hoạt động, có thể được phát hiện bằng các cảm biến theo dõi chuyên dụng, chẳng hạn như hệ thống SOKS của Liên Xô / Nga.

Lợi thế kỹ thuật của pin lithium-ion có thể chuyển thành lợi thế hoạt động. Thời gian phóng điện nhanh hơn của chúng tương đương với thời gian lặn nhanh hơn và tốc độ chìm nhanh hơn của tàu ngầm. Trong khi đó, ưu điểm sạc lại nhanh chóng của pin lithium-ion cũng có ý nghĩa hoạt động đáng kể.

Các nhà nghiên cứu kết luận việc nâng cấp pin lithium-ion cho các tàu ngầm thông thường của Trung Quốc sẽ cải thiện đáng kể năng lực của hạm đội này.