Khoa học - Công nghệ

Pin lithium-ion hiện là tiêu chuẩn phổ biến nhất nhờ khả năng tái sạc và tuổi thọ cao. Tuy nhiên, rào cản lớn nhất của công nghệ này là thời gian chờ đợi khi sạc, ngay cả với các chuẩn sạc nhanh hiện đại nhất. Mới đây, các nhà khoa học tại Úc đã đạt được bước tiến quan trọng trong nghiên cứu pin lượng tử, hứa hẹn thay đổi hoàn toàn cách thức con người nạp năng lượng cho thiết bị điện tử.

Cơ chế siêu hấp thụ và tốc độ sạc nano giây

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Light: Science & Applications cho thấy các nhà khoa học có thể sử dụng xung laser mạnh để nạp năng lượng vào một “khoang vi quang học” (optical microcavity). Khoang này chứa các tế bào quang điện đặc biệt, nơi xảy ra hiện tượng gọi là “siêu hấp thụ” (super-absorption).

Điểm khác biệt cốt lõi nằm ở nguyên lý Cơ học lượng tử. Trong khi pin truyền thống phụ thuộc vào sự di chuyển vật lý của các ion, pin lượng tử tận dụng các hiện tượng vi mô nơi vật chất tồn tại song song dưới dạng hạt và sóng. Điều này cho phép pin hấp thụ năng lượng với tốc độ vượt xa mọi giới hạn vật lý hiện tại. Các nhà nghiên cứu phải sử dụng kỹ thuật quang phổ siêu nhanh để đo lường quá trình sạc ở cấp độ nano giây (10⁻⁹ giây) đến femto giây (10⁻¹⁵ giây), nhanh đến mức mắt người không kịp cảm nhận.

Rào cản lớn nhất: Khả năng duy trì năng lượng

Dù gây ấn tượng mạnh về tốc độ nạp, pin lượng tử hiện vẫn đối mặt với một thách thức thực tế khổng lồ: khả năng lưu trữ. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy năng lượng nạp vào gần như biến mất ngay lập tức sau khi được sạc, chỉ tồn tại trong vài nano giây hoặc femto giây.

Một số thiết kế thay thế dựa trên cộng hưởng từ hạt nhân có thể kéo dài thời gian giữ điện lên vài phút, nhưng con số này vẫn quá ngắn để đưa vào các thiết bị tiêu dùng như smartphone hay xe điện. Hiện tại, công nghệ này vẫn được xếp vào nhóm “chứng minh ý tưởng” (proof of concept) hơn là một sản phẩm thương mại sẵn sàng ra mắt.

Tương lai của ngành năng lượng và máy tính lượng tử

Bên cạnh mục tiêu thay thế pin lithium-ion, pin lượng tử còn được kỳ vọng là mảnh ghép quan trọng cho sự phát triển của máy tính lượng tử. Đây là lĩnh vực đòi hỏi khả năng xử lý và cung cấp năng lượng ở cấp độ nguyên tử với độ chính xác tuyệt đối. Nếu các nhà khoa học giải quyết được bài toán lưu trữ năng lượng ở nhiệt độ phòng, một cuộc cách mạng công nghệ mới sẽ chính thức bắt đầu.

Nhìn chung, dù con đường từ phòng thí nghiệm đến tay người dùng còn nhiều thách thức, nghiên cứu lần này đã mở ra một hướng đi mới đầy triển vọng. Ở đó, việc sạc đầy một chiếc điện thoại hay xe điện có thể sẽ không còn tính bằng giờ hay phút, mà chỉ còn là những khoảnh khắc tích tắc.

Ngọc Hùng