Bài học rút ra chính
- Pin lượng tử một ngày nào đó có thể cách mạng hóa ngành công nghiệp bằng cách cung cấp kích thước nhỏ hơn và sạc nhanh hơn.
- Nhưng một chuyên gia nói rằng pin lượng tử có thể còn "vài năm hoặc nhiều thập kỷ" mới có thể cấp nguồn cho điện thoại di động của bạn.
- Nghiên cứu đầy hứa hẹn đang được tiến hành để khai thác thêm tính chất hóa học của pin Li-Ion.
Các thiết bị của bạn một ngày nào đó có thể được tăng sức mạnh đáng kể nhờ cơ học lượng tử.
Các nhà nghiên cứu đã công bố một bước đột phá trong pin lượng tử mà cuối cùng có thể cách mạng hóa cách thức hoạt động của các thiết bị. Pin lượng tử có thể nhỏ hơn và sạc nhanh hơn pin hiện tại. Công nghệ mới chỉ là một cách mà ngành công nghiệp pin sẵn sàng suy nghĩ lại.
"Từ góc độ chức năng thuần túy, chúng tôi muốn các thiết bị nhẹ hơn với nhiều dung lượng lưu trữ hơn và công nghệ pin mới có thể cung cấp cho chúng tôi cả hai", Mark Falinski, một nhà khoa học về môi trường bền vững không tham gia nghiên cứu gần đây, nói với Lifewire trong một phỏng vấn qua email.
Schrödinger’s Battery?
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Adelaide ở Úc tuyên bố rằng họ đã thực hiện một bước quan trọng trong việc biến pin lượng tử thành hiện thực. Họ nói rằng họ đã chứng minh khái niệm siêu hấp thụ, một ý tưởng quan trọng làm nền tảng cho pin lượng tử, theo một nghiên cứu được công bố gần đây trên tạp chí Science Advances.
"Pin lượng tử, sử dụng các nguyên tắc cơ học lượng tử để nâng cao khả năng của chúng, cần ít thời gian sạc hơn khi chúng càng lớn", James Q. Quách, một trong những tác giả của nghiên cứu, cho biết trong một thông cáo báo chí. "Về mặt lý thuyết, năng lượng sạc của pin lượng tử tăng nhanh hơn so với kích thước của pin, điều này có thể cho phép các phương pháp mới để tăng tốc độ sạc."
Để chứng minh khái niệm về siêu hấp thụ, nhóm nghiên cứu đã xây dựng các lỗ siêu nhỏ giống như tấm wafer với các kích thước khác nhau chứa các phân tử hữu cơ. Mỗi vi trọng lực được sạc bằng tia laser.
"Lớp hoạt động của vi trọng lực chứa các vật liệu bán dẫn hữu cơ lưu trữ năng lượng. Bên dưới hiệu ứng siêu hấp thụ của pin lượng tử là ý tưởng cho rằng tất cả các phân tử hoạt động chung thông qua một đặc tính được gọi là chồng chất lượng tử", ông Quách nói.
Chồng chất lượng tử, một nguyên lý cơ bản của cơ học lượng tử, nói rằng giống như sóng trong vật lý cổ điển, hai trạng thái lượng tử bất kỳ có thể được cộng lại với nhau ("chồng chất"), và kết quả sẽ là một trạng thái lượng tử hợp lệ khác.
Nhưng Falinkski cảnh báo rằng pin lượng tử có thể còn "vài năm hoặc nhiều thập kỷ" mới có thể cung cấp năng lượng cho điện thoại di động của bạn.
"Có thể nói, có rất nhiều khoản đầu tư đang được thực hiện trong không gian điện toán lượng tử và nếu những khoản đầu tư tương tự đó được đẩy mạnh vào pin lượng tử, chúng tôi có thể đạt được tiến bộ thực sự với tốc độ nhanh hơn", ông nói thêm.
Chúng tôi đang đạt đến giới hạn lý thuyết về khả năng lưu trữ và tái sử dụng pin của chúng tôi.
Thúc đẩy sự đổi mới
Nhu cầu về công nghệ pin mới là rất lớn. Đến năm 2040, năng lượng tiêu thụ của mọi người dự kiến sẽ tăng 28% so với mức năm 2015. Phần lớn điện năng vẫn sẽ đến từ nhiên liệu hóa thạch với các chi phí liên quan đến môi trường.
"Chúng tôi đang tiến đến giới hạn lý thuyết về khả năng lưu trữ và tái sử dụng pin", Falinski nói. "Pin Lithium-Ion ngày càng tốt hơn, nhưng chúng ta đang tiến đến mức vật lý và hóa học không thể cải thiện chúng nhiều hơn nữa".
Nghiên cứu đầy hứa hẹn đang được tiến hành để khai thác nhiều hơn tính chất hóa học của pin Li-Ion, bao gồm các vật liệu mới hứa hẹn tăng mật độ năng lượng, mật độ năng lượng, vòng đời hoặc giảm chi phí đều đang trong các giai đoạn phát triển khác nhau, Craig Lawrence, một nhà đầu tư công nghệ thông minh có kiến thức nền tảng về kỹ thuật pin, đã nói với Lifewire trong một cuộc phỏng vấn qua email.
Pin thể rắn, một công nghệ pin lithium-kim loại, có thể cung cấp mật độ năng lượng cao hơn đáng kể so với Lithium-Ion, Lawrence nói.
"Chúng tôi có sức mạnh tính toán gần như vô hạn trong túi của mình, nhưng nó hữu ích miễn là pin có thể duy trì hoạt động", ông nói thêm. "Đó là lý do tại sao chúng ta không thể có điện thoại thông minh kéo dài hơn một ngày khi sạc hoặc một chiếc máy bay không người lái có thể kéo dài hơn 30-60 phút."
Xe đạp điện là một lĩnh vực khác cần được đại tu pin. Trong năm 2021, chỉ riêng thành phố New York đã báo cáo hơn 80 vụ cháy liên quan đến xe đạp điện và pin của chúng. ZapBatt đã tạo ra một loại pin điện tử lithium-titanate mà hãng tuyên bố là có khả năng chống cháy và có thể được sạc đầy từ 0% đến 100% trong 20 phút thay vì 6 giờ như thông thường.
"Đối với người tiêu dùng cá nhân, việc chờ đợi sáu giờ để sạc pin và cần thay pin hàng năm là điều bất tiện và không thân thiện với môi trường", Charlie Welch, Giám đốc điều hành của ZapBatt, nói với Lifewire trong một cuộc phỏng vấn qua email. "Với sự gia tăng lớn về sở thích xe đạp điện tử này, công nghệ pin phải tiếp tục phát triển để khuyến khích sử dụng nhiều hơn và nâng cao độ an toàn."
