Buzz
Nếu công nghệ này được áp dụng thương mại, nó sẽ trở thành giải pháp lý tưởng cho các xe điện và các thiết bị yêu cầu pin dung lượng lớn.
Các nhà nghiên cứu tại Tổ chức Nghiên cứu Khoa học và Công nghiệp Khối thịnh vượng chung Úc (CSIRO), hợp tác với Đại học RMIT và Đại học Melbourne, đã công bố một bước tiến lịch sử trong ngành lưu trữ năng lượng: nguyên mẫu pin lượng tử đầu tiên có thể hoàn thành đầy đủ chu trình sạc, lưu trữ và xả điện.
Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí khoa học Light: Science & Applications, đánh dấu lần đầu tiên một thiết bị như vậy không chỉ còn là lý thuyết mà đã trở thành thực tế đo lường được.
Điều đặc biệt ở pin lượng tử là nó phá vỡ nguyên lý vật lý cổ điển khi càng lớn thì sạc càng nhanh, điều này chưa từng xảy ra với các loại pin thông thường.
Với pin lithium-ion thông thường, kích thước và thời gian sạc tỷ lệ thuận, ví dụ pin điện thoại mất khoảng 30 phút đến một giờ để sạc đầy, còn pin xe điện thường cần sạc qua đêm. Tuy nhiên, pin lượng tử lại có quy luật ngược lại, chính điều này làm giới khoa học năng lượng phải chú ý.
Nghịch lý này được giải thích bằng hiệu ứng tập thể ("collective effects"), một hiện tượng chỉ có thể xảy ra trong thế giới lượng tử. Thay vì mỗi tế bào lưu trữ điện độc lập, các tế bào trong pin lượng tử hoạt động như một hệ thống đồng nhất, tựa như chúng "cảm nhận" sự tồn tại của nhau và hợp tác để tăng tốc quá trình sạc.
Khác biệt hoàn toàn với các loại pin thông thường, pin lượng tử này sẽ sạc nhanh hơn khi kích thước của nó tăng lên.
Về phương diện toán học, nếu pin có N tế bào và mỗi tế bào cần một giây để sạc đầy, thì khi hoạt động theo cơ chế tập thể, thời gian sạc sẽ chỉ còn 1/√N giây. Tốc độ sạc sẽ tăng phi tuyến tính khi số tế bào càng nhiều. TS. James Quach, trưởng nhóm nghiên cứu tại CSIRO, cho biết nhóm đã xác nhận hiệu ứng này từ năm 2022, nhưng khi đó, nguyên mẫu chưa thể rút năng lượng ra ngoài.
Nguyên mẫu mới nhất đã khắc phục được hạn chế này. Nhóm nghiên cứu đã thêm các lớp vật liệu vào cấu trúc microcavity hữu cơ đa lớp, giúp chuyển đổi năng lượng lượng tử thành dòng điện có thể sử dụng. Pin được nạp không dây bằng laser trong khoảng thời gian cực kỳ ngắn, đo bằng femtoseconds, tức phần triệu tỷ giây, và lưu trữ năng lượng trong vài nanoseconds.
Thế nhưng, thời gian tồn tại của loại pin lượng tử này vẫn còn rất ngắn, chỉ kéo dài trong vài nano giây.
Dù thời gian tồn tại rất ngắn, nhưng nó vẫn dài hơn rất nhiều so với thời gian sạc, lên tới hàng triệu lần. Để dễ hình dung, TS. Quach đã đưa ra phép so sánh: nếu một pin mất một phút để sạc đầy, thì sự chênh lệch sáu bậc độ lớn sẽ tương đương với việc pin giữ điện trong vài năm.
Tuy nhiên, ông Quach cũng thừa nhận rằng vẫn còn một khoảng cách lớn giữa nguyên mẫu hiện tại và ứng dụng thực tế. Dung lượng của pin hiện nay chỉ đạt vài tỷ electron-volt, một con số quá nhỏ để có thể cấp điện cho bất kỳ thiết bị nào trong cuộc sống thường ngày, và vài nanoseconds lưu trữ điện rõ ràng không đủ để thực hiện ngay cả một cuộc gọi điện thoại.
Mục tiêu tiếp theo của nhóm nghiên cứu là tăng đáng kể thời gian lưu trữ, đồng thời nâng dung lượng lên mức có thể sử dụng cho các thiết bị lượng tử như máy tính lượng tử, đó là ứng dụng khả thi nhất trong giai đoạn hiện tại.
