Những phát minh có thể thay đổi công nghệ pin


Những phát minh có thể thay đổi công nghệ pin

Quang Huy 19:24 16/1/2016

Trong 1/4 thế kỷ qua, các thiết bị điện tử ra mắt thị trường đã có những bước tiến vượt bậc. Nhưng công nghệ pin vẫn giậm chân tại chỗ. Đó là nguyên do khiến thời lượng pin trở thành nỗi ám ảnh lớn nhất hiện nay. Thách thức này đã thôi thúc các nhà khoa học tập trung nghiên cứu để cho ra đời công nghệ mới nhằm thay đổi nghịch lý đáng buồn này. Trong đó, một số phát minh công bố thời gian gần đây được kỳ vọng sẽ tạo cú hích cho ngành công nghiệp sản xuất pin trong thời gian tới.

Không cần tìm ổ điện để cắm sạc điện thoại
Người dùng iPhone từng bị Samsung khích bác là những “kẻ ôm tường” do thời lượng pin khá “hẻo”. Đây cũng là tình trạng chung của hầu hết smartphone đang bán trên thị trường khiến người dùng phải mang theo bộ sạc khi ra ngoài. Song không phải ở đâu cũng có ổ cắm để đáp ứng nhu cầu sạc “mọi lúc, mọi nơi”. Việc mang theo pin sạc dự phòng cũng chưa phải là giải pháp khiến người dùng hài lòng.
 
Khắc phục tình trạng trên, các nhà khoa học đến từ Đại Học Washington (Mỹ) đã nghiên cứu phương thức sạc pin tiên tiến có tên PoWifi. Theo đó, năng lượng để sạc pin thay vì đi từ ổ cắm đến máy, thiết bị của người dùng sẽ được sạc đầy thông qua sóng không dây.
 
Hệ thống sạc pin qua Wifi bao gồm một router được tùy biến firmware cùng phần cứng di động được bổ sung thêm cảm biến thu nạp năng lượng. Các bộ định tuyến được tối ưu hóa, giúp tăng cường tín hiệu Wifi thông thường, qua đó tăng thêm phần năng lượng điện được truyền đi. Bên cạnh đó, router cũng tận dụng cả kênh Wifi không dùng đến để truyền điện. Các cảm biến thu nạp năng lượng sẽ đảm nhiệm việc chuyển đổi chúng trên các thiết bị di động.
 
Hiện tại, PoWifi đang được giới công nghệ đặt nhiều kỳ vọng và chờ đón. Bởi Wifi hiện có mặt khắp nơi khiến điện thoại dễ dàng tìm được năng lượng cần thiết. Các sản phẩm mẫu sử dụng công nghệ nói trên đã được chế tạo thành công. Thiết bị ứng dụng công nghệ này không ảnh hưởng đến tốc độ đường truyền. Đây cũng là động lực cho Internet of Things phát triển.
Dù vậy, hệ thống năng lượng như vậy vẫn còn nhiều yếu điểm: Khoảng cách từ thiết bị di động đến router PoWifi quá xa có thể gây ra “tác dụng phụ”. Smartphone cần nguồn điện 5W để sạc thay vì chỉ ở 1W hiện nay. Thêm nữa, các thiết bị di động cần được tinh chỉnh với công nghệ sạc không dây mới như bổ sung thêm cảm biến thu nạp năng lượng. Điều này cần có thời gian để các nhà sản xuất phần cứng nhìn nhận và đưa công nghệ này vào các sản phẩm của họ.
 
Nếu phương pháp này được nghiên cứu thành công và ứng dụng vào thực tế, smartphone sẽ tự động sạc khi kết nối Wifi. Đến lúc đó, nỗi lo hết pin ở nơi công cộng sẽ không còn nữa.
 
Pin lithium-ion mới xua tan nỗi lo cháy nổ điện thoại
Pin là thành phần không thể thiếu trong thiết bị di động. Tuy nhiên, đây cũng là nguyên nhân gây cháy nổ nhiều nhất, trở thành nỗi lo thường trực của hàng tỷ người dùng. Bởi khi nhiệt độ tăng cao, pin lithium-ion có thể trở thành vật gây nổ, uy hiếp tính mạng của người dùng. Điều đó lý giải tại sao nhiều hãng hàng không nghiêm cấm hành khách mang theo pin dự phòng lên máy bay.
 
 
Thực trạng đáng buồn này đã thôi thúc các nhà khoa học nghiên cứu và phát triển loại pin mới không gây nguy cơ cháy nổ. Mới đây, các nhà khoa học đến từ Trường Đại học Stanford (Mỹ) đã tạo ra loại pin lithium-ion mới có khả năng tự thoát nhiệt khi quá nóng, giúp quá trình sạc pin trở nên an toàn hơn. Đồng thời, công nghệ pin mới giúp kéo dài tuổi thọ cho pin.
 
Để tạo ra dòng pin mới này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng tấm phim mỏng có khả năng đàn hồi, phủ quanh các hạt niken nhỏ dẫn điện. Khi nhiệt độ tăng cao, các hạt kim loại di chuyển xa nhau khiến pin giảm công suất. Nhờ đó, nhiệt của pin có thể hạ tạm thời. Khi nhiệt độ hạ xuống, các tấm phim và hạt niken này lại tiến gần vào nhau. Lúc đó, pin tiếp tục hoạt động bình thường. Tiếc là hiệu suất của pin có thể bị ảnh hưởng khi yếu tố an toàn được đặt lên hàng đầu.
 
“Biến người” thành pin mặt trời
Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã phát triển thành công vật liệu mới có thể lưu trữ năng lượng mặt trời vào ban ngày để sau đó toả ra theo dạng nhiệt năng khi người dùng có nhu cầu. Theo đó, thay vì lưu trữ năng lượng mặt trời như các cách làm hiện nay khiến năng lượng sẽ mất dần theo thời gian, các nhà khoa học tại MIT đã thành công khi giữ nguồn năng lượng đó trong các phân tử lưu nhiệt và toả ra nguồn năng lượng ấy khi được kích hoạt bằng ánh sáng hoặc điện.
 
Sản phẩm hiện tại là tấm film trong suốt, hữu ích trong việc làm tan băng trên kính chắn gió ôtô.
 
Yêu cầu quan trọng nhất là làm sao để phân tử lưu trữ nhiệt có thể duy trì trạng thái ổn định. Khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, năng lượng ánh sáng kích hoạt phân tử đi vào trạng thái “sạc” rồi duy trì trạng thái đó trong thời gian dài. Khi cần thiết, các phân tử này sẽ được kích hoạt bằng mức nhiệt nhất định hoặc các kích thích khác để trở lại trạng thái nguyên thuỷ, tỏa ra nhiệt lượng trong quá trình này.
 
Vật liệu lưu trữ năng lượng dạng hóa học trên được gọi là nhiên liệu nhiệt năng lượng mặt trời (STF - solar thermal fuels) từng được phát triển trong quá khứ, nhưng không thành công do được lưu trữ ở trạng thái lỏng. Phương pháp mới đã cải tiến thành vật liệu rắn dưới dạng film polymer thông dụng và ít tốn kém. Các tấm film polymer trong suốt này có thể tích hợp trên nhiều chất liệu khác nhau như kính hoặc quần áo.
 
Để các tấm film có thể trữ nhiệt hiệu quả, nhóm nghiên cứu đã bắt đầu với loại vật liệu có tên gọi azobenzenes có khá năng thay đổi trạng thái phân tử khi gặp ánh sáng. Azobenzenes có thể được kích hoạt bằng xung nhiệt nhỏ để trở lại trạng thái ban đầu và giải phóng nhiệt năng. Các nhà nghiên cứu đã thực hiện một số chỉnh sửa khiến nó lưu trữ nhiều năng lượng hơn trên cùng diện tích.
 
Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang tiếp tục phát triển sản phẩm do tấm film này hơi ám vàng. Đồng thời, nhóm nghiên cứu đang nhắm đến con số 20 độ C thay vì có thể toả ra nhiệt lượng cao hơn 10 độ C so với nhiệt độ xung quanh.
 
Pin thu nạp năng lượng từ vận động cơ thể
Bằng cách tạo ra vật liệu mới dựa trên kỹ thuật điện hóa thường dùng trong công nghệ pin, các nhà khoa học đến từ MIT đã phát triển thành công kỹ thuật thu thập năng lượng từ các hoạt động của cơ thể người. Khi người đeo chuyển động, thiết bị này sẽ co giãn, tạo ra dòng điện với hiệu suất được cho là rất khả thi để có thể áp dụng vào thực tế mà không chỉ là ý tưởng đơn thuần.
 
Uốn cong hai tấm hợp kim Lithium được kẹp giữa polyme chứa chất điện phân sẽ có tác dụng đẩy các ion Lithium vào chất điện phân để tạo ra dòng điện

Thật ra ý tưởng này không mới. Song, phần lớn chỉ là nguyên mẫu với hiệu suất chưa cao do gặp phải nhiều rào cản về kỹ thuật. Tuy nhiên, cách làm của các nhà nghiên cứu tại MIT hoàn toàn mới khi sử dụng vật liệu điện hóa. Cụ thể: Họ sử dụng những lớp phim liti cực mỏng để hoạt động như điện cực và dùng loại polymer xốp làm chất điện phân. Khi tổ hợp này bị uốn cong, áp lực sẽ đẩy các ion liti chạy vào polymer xốp, tạo ra dòng điện giữa các điện cực, từ đó cung cấp cho thiết bị hoặc sạc vào pin. Bởi hệ thống này tạo ra điện bằng chuyển động co giãn của toàn bộ cấu trúc trên, nhưng dòng điện tạo thành lại là xoay chiều.

Hệ thống này không bị giới hạn bởi định luật 2 của nhiệt động lực học. Vì thế, về nguyên tắc, nó có thể đạt hiệu suất 100%. Tuy vậy, nguyên mẫu ban đầu mới có hiệu suất 15%, song con số này sẽ sớm được cải thiện. Cấu trúc này có độ bền khá cao, vẫn hoạt động tốt sau bài kiểm tra co giãn 1.500 lần.

Ngoài việc làm thiết bị đeo tạo ra điện, nó còn có thể áp dụng trong các thiết bị truyền động sinh học hoặc dùng làm cảm biến sức nén giữa đường và cầu. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn còn khá sơ khai và còn nhiều trở ngại về kỹ thuật cần vượt qua trước khi được ứng dụng vào thực tế.
 
Xem thêm:
 
 
 

Quang Huy

Từ Khóa :