15 công nghệ pin cho tương lai

Trong khi điện thoại thông minh, thiết bị đeo và thiết bị kết nối Internet đang có tốc độ phát triển rất nhanh thì công nghệ pin vốn cực kỳ quan trọng lại chậm tiến trong hơn một thập kỷ qua.

Các công nghệ về vi xử lý, hệ điều hành và phần mềm với nhiều cải tiến đã giúp cho thời lượng pin của các thiết bị công nghệ ngày càng cải thiện. Tuy nhiên, thời lượng pin kéo dài cả ngày sau mỗi lần sạc với đa số các smartphone, tablet… không phải là đã thỏa mãn được nhu cầu thực sự của người dùng.


Kết nối thông minh đang ngày càng được phổ biến – Phóng to hình

Bên cạnh đó, các công ty công nghệ và hãng xe hơi lớn trên thế giới đang nghiên cứu, tạo ra và đang dần thương mại hóa những mẫu xe chạy điện. Khi bước chân vào thị trường này, một trong những khó khăn của các nhà sản xuất là vấn đề năng lượng để vận hành những chiếc xe đó. Mặc dù đang được sử dụng phổ biến nhưng pin lithium-ion sẽ không đáp ứng được đòi hỏi của các thiết bị, nhu cầu sử dụng mới trong tương lai. Bởi vì một trong những điểm yếu lớn của công nghệ pin này là thời gian sạc chậm, không gian chiếm dụng lớn, tốc độ thoái hóa nhanh. Chính vì thế, nhiều trường, viện nghiên cứu, tổ chức khắp nơi trên thế giới đã nghiên cứu và đã có những kết quả bước đầu cho công nghệ pin của tương lai.

Những thành tựu về công nghệ pin mới sau đây được giới chuyên gia đánh giá là có nhiều triển vọng để có thể đảm nhận vai trò là nguồn năng lượng mới cho thiết bị công nghệ trong tương lai.

1. Công nghệ sạc pin qua “không khí” uBeam

uBeam sử dụng sóng siêu âm để truyền tải nguồn điện. Năng lượng được biến thành sóng âm thanh để có thể phát đi và sau đó được chuyển đổi trở lại nguồn điện cung cấp cho thiết bị.

Thực ra công nghệ sạc pin không dây hiện tại đã và đang được áp dụng, nhiều phụ kiện, smartphone mới cũng được tích hợp công nghệ Wireless Charging. Tuy nhiên, các công nghệ sạc này còn hạn chế là phải đặt thiết bị muốn sạc sát với nguồn sạc. Do đó, công nghệ sạc pin không dây uBeam mang lại sự tiện lợi, thoải mái hơn khi sử dụng vì người dùng có thể sạc pin cho thiết bị trong phạm vi lên đến vài mét.

Ý tưởng về uBeam xuất phát từ một nữ nghiên cứu sinh 25 tuổi Meredith Perry. Để hiện thực hóa công nghệ này, cô đã sáng lập nên công ty Ubeam và bắt đầu nghiên cứu và tạo ra một phụ kiện giúp sạc pin qua mạng với một tấm dày 5 mm. Những bộ phát sóng này có thể gắn vào tường, tích hợp vào các vật trang trí, nội thất trong nhà để có thể phát điện đến điện thoại thông minh, máy tính bảng hay laptop. Phụ kiện sạc pin này chỉ cần một bộ thu sóng nhỏ để nhận nguồn điện.


Meredith Perry – người phát minh và sáng lập công ty uBeam.

Giới chuyên gia kỳ vọng uBeam sẽ phổ biến trong tương lai, thậm chí có thể sẽ được thương mại hóa trong đầu năm sau và phổ biến trong 3 năm tới. Công nghệ sạc pin mới của uBeam còn có thể mở rộng ra hơn nữa để áp dụng vào khách sạn, nhà hàng để khách có thể sạc pin mọi lúc khi cần.

2. Pin năng lượng sương mù

Công nghệ pin mới này đang được các nhà khoa học tại MIT nghiên cứu và đã có những thành công bước đầu trong việc tìm ra cách để hấp thụ năng lượng từ sương trong không khí.


Điện được sinh ra từ sương nước – Phóng to hình


Hệ thống tạo năng lượng pin bằng sương nước ban đầu – Phóng to hình

Thiết bị tạo ra điện năng này sử dụng các tấm kim loại phẳng xen kẽ để tạo ra điện từ các hạt sương nước trong không khí. Thử nghiệm ban đầu của các nhà nghiên cứu cho thấy thiết bị này có thể sản xuất một lượng nhỏ năng lượng khoảng 15 picowatt (~1,5 x 10-11 W). Theo Nenad Milijkovic, người đứng đầu dự án này thì bạn có thể tạo ra mức năng lượng khoảng 1 microwatt.

Một bộ sạc có kích thước cỡ chiếc máy tính xách tay 17 inch sử dụng nguyên tắc tạo điện như vậy có thể sạc đầy pin điện thoại trong vòng 12 giờ. Lượng điện tạo ra trong nghiên cứu bước đầu không phải là quá lớn, chắc chắn không thể thay thế được các nguồn điện hiện nay. Nhưng nguồn điện dạng này sẽ rất quan trọng và cần thiết ở những nơi hẻo lánh, hoang dã. Trong tương lai, một khi nguồn tài nguyên cạn kiệt thì các pin năng lượng dạng này sẽ dần phổ biến.

3. StoreDot – sạc pin di động nhanh trong 30 giây

Công nghệ sạc pin siêu nhanh StoreDot được phát triển bởi bộ phận công nghệ Nano tại đại học Tel Aviv (Israel). Công nghệ này có thể hoạt động với tất cả các dòng smartphone hiện nay. Trước đó, thử nghiệm công khai đầu tiên được nhóm thực hiện thành công trên Samsung Galaxy S4 với pin chuẩn tích hợp.

StoreDot
Trình diễn StoreDot sạc nhanh cho Galaxy S4.

Để có được tốc độ sạc cực nhanh như vậy, bộ sạc đã được tích hợp công nghệ StoreDot chuyên biệt. Công nghệ này là sự kết hợp của các bán dẫn sinh học được tạo ra từ các hợp chất hữu cơ tự nhiên được biết đến với tên gọi Peptides (các chuỗi axit amino ngắn) – chất cấu thành nên Protein.
Chi phí sản xuất StoreDot mất khoảng 20 USD và sản phẩm áp dụng công nghệ này sẽ được thương mại hóa vào năm 2016.

4. Sạc bằng năng lượng mặt trời

Hãng Alcatel vừa trình diễn công nghệ sạc pin cho di động dưới ánh sáng mặt trời nhờ tấm nền trong suốt được đặt trên màn hình. Thực tế, công nghệ này có thể tạo ra năng lượng từ bất cứ đâu có ánh sáng, kể cả ánh sáng thường và ánh sáng mặt trời.Alcatel
Smartphone có thể sạc pin từ năng lượng mặt trời

Công nghệ sẽ được thương mại hóa vào năm sau và các chuyên gia tin rằng phương thức tạo năng lượng như vậy sẽ giải quyết triệt để vấn đề cạn pin mọi lúc mọi nơi, miễn nơi đó có ánh sáng.

5. Pin sạc 26 giây của Shawn West

Pin thông thường hiện nay sử dụng các nguyên tố hóa học để giữ năng lượng và sạc đầy pin. Trong khi đó, pin Shawn West lại có phương thức hoạt động khác là sử dụng tụ điện lithium-ion để lưu trữ năng lượng điện. Dạng pin tụ điện trước đây đã hình thành nhưng sớm bị quên lãng vì tốc độ tiêu hao và cạn kiệt rất nhanh, nhưng Shawn West đã khắc phục được nhược điểm đó.

Shawn West
Mẫu mô hình pin sạc nhanh của Shawn West.

Pin tụ điện này có khả năng giữ điện rất lâu, mặc dù vậy theo Shawn West, nếu cất pin trong thời gian dài thì pin vẫn cạn và người dùng chỉ việc cắm sạc chỉ trong 26 giây là đầy.

Dự án này đã được giới chuyên gia đánh giá cao và đạt nhiều thành công ngoài dự kiến, vượt ngoài mục tiêu đặt ra ban đầu của Kickstarter. Công nghệ pin này sẽ được thương mại hóa trong một hoặc hai năm tới và trước tiên sẽ được dùng trên các thiết bị di động.

6. Pin nước tiểu

Quỹ Bill Gates Foundation đã tài trợ cho nghiên cứu của Bristol Robotic Laboratory để tạo ra pin có thể cung cấp năng lượng điện nhờ nước tiểu. Đây là công nghệ pin rất lạ và được đánh giá là cực kỳ tiềm năng trong tương lai.

Solar Toilet
Bill Gates đang phát triển dự án nhà vệ sinh năng lượng (Solar Toilet).

Về nguyên lý hoạt động, pin nước tiểu (Urine powered battery) sử dụng một tế bào vi sinh vật Microbial Fuel Cell để thu thập nước tiểu, sau đó phá vỡ các hợp chất bên trong và tạo ra năng lượng.

7. Pin Aluminium-air cho xe điện

Với công nghệ pin Nhôm – không khí (Aluminium-air), xe điện có thể chạy được 1.770 km sau một lần sạc đầy. Công nghệ pin này sử dụng khí oxy tự nhiên để bơm vào các cathode. Nhờ vậy, pin sẽ nhẹ và có kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với công nghệ pin lithium-ion lỏng.

Aluminium-air
Các mẫu xe điện trong tương lai sẽ có thời gian sử dụng sau 1 lần sạc lâu hơn với giá thành rẻ hơn.

Pin Nhôm-không khí sau cạn dung lượng sau vài tháng sẽ được chuyển thành aluminium hydroxide – Al(OH)3 để tái chế và tạo ra pin mới. Do đó, giá thành của pin này sẽ rẻ và có lợi ích kinh tế cao hơn.

Công nghệ pin này thực sự là một thành tựu quan trọng trong ngành công nghiệp xe hơi. Nhờ vào thuộc tính gọn nhẹ, khả năng tái chế linh hoạt, thân thiện với môi trường, pin Aluminium-air sẽ được áp dụng đại trà trên các mẫu xe điện mới trong tương lai.

8. Pin âm thanh

Các nhà nghiên cứu tại Anh đã tích hợp thành công một cảm biến trên smartphone giúp sạc pin cho thiết bị nhờ âm thanh từ môi trường xung quanh.

Sound battery
Sound battery

Một bộ phận được gắn trên smartphone hoạt động dựa trên một nguyên tắc được gọi là hiệu ứng áp điện (Piezoelectric Effect). Các bộ phát nano (Nanogenerators) sẽ thu thập các tiếng ồn từ môi trường xung quanh và biến thành điện năng. Cách tạo năng lượng điện dạng này rất phù hợp và hiệu quả khi sử dụng điện thoại hay các thiết bị di động trong môi trường ồn ào như các đô thị, nhà hàng, siêu thị…

Dựa trên cơ chế này, các nhà khoa học cũng tiếp tục nghiên cứu để có thể giúp những cuộc gọi điện thoại sẽ cung cấp năng lượng cho thiết bị dựa trên sóng âm từ người nói.

9. Công nghệ pin năng lượng của Tag Heuer

Nhà sản xuất đồng hồ cao cấp Tag Heuer vừa công bố một phiên bản mới của dòng điện thoại cao cấp Tag Heuer Meridiist Infinite có khả năng sạc pin nhờ ánh sáng mặt trời.

Tag Heuer
Điện thoại cao cấp Tag Heuer Meridiist Infinite có khả năng sạc pin nhờ ánh sáng mặt trời

Tương tự như công nghệ của Alcatel ở trên, Tag Heuer đã sử dụng một tấm phủ quang điện trong suốt đặt giữa LCD và màn hình. Lớp phủ này không thể thấy bằng mắt thường và có chức năng thu nhận ánh sáng mặt trời (hoặc ánh sáng nhân tạo) để chuyển hóa thành năng lượng.

Tag Heuer chưa tiết lộ giá của các thiết bị này, nhưng có thể giá của Meridiist mới sẽ cao hơn mức giá 3.900 Euro (khoảng 103 triệu đồng).

10. Pin cardbon kép Ryden

Hãng Power Japan Plus vừa phát minh ra một công nghệ pin mới được gọi là Ryden dual carbon (cardbon kép Ryden). Loại pin này không những mang lại thời lượng sử dụng lâu hơn mà còn có thời gian sạc nhanh gấp 20 lần so với pin Lithium – Ion hiện nay.

cardbon kép Ryden
Cấu trúc của pin cardbon kép.

Pin sử dụng công nghệ này sử dụng nguyên liệu carbon nên có độ bền cao và thân thiện môi trường hơn so với tất cả các loại pin hiện tại. Pin cardbon kép này có tuổi thọ đến hơn 3000 lần sạc và xác suất dẫn đến cháy nổ là cực kỳ thấp.

Hãng Power Japan Plus bắt đầu sản xuất và bán ra 18.650 cell Ryden vào cuối năm nay. Các thiết bị di động mới sẽ sớm được tích hợp pin này, chậm nhất là cuối năm 2015. Xem thêm thông tin chi tiết tại http://powerjapanplus.com/battery/.

11. Pin hữu cơ

Phát hiện mới đây của MIT về pin hữu cơ (organic battery) đã giúp cho chúng ta tin tưởng hơn về tương lai của năng lượng cho di động nói riêng và mọi thiết bị dùng điện khác. Các nhà khoa học đã tạo ra điện từ một dòng chảy hữu cơ với mức chi phí chỉ 27 USD để tạo ra 1kWh năng lượng. Với mức chi phí này, giá thành thực tế của pin hữu cơ sẽ tiết kiệm gần 97% so với chi phí tạo năng lượng thông thường (700 USD cho 1kWh điện).

organic battery
Pin hữu cơ giúp giảm chi phí sản xuất nhưng hiệu quả lại rất cao.

Loại pin này sẽ sử dụng phân tử Quinone để tạo ra dòng điện. Phân tử này có thể tìm thấy trong các loài thực vật như cây đại hoàng (một loài thực vật có hoa trong họ rau răm). Cách tạo ra điện bằng cách này không những hiệu quả hơn so với phân tử kim loại mà còn dễ dàng thực hiện trên quy mô lớn.

12. Pin cát

Các chuyên gia mới đây đã phát hiện ra loại pin Lithium-Ion sử dụng cát bên trong (sand battery) sẽ mang lại hiệu quả sử dụng cao gấp 3 lần so với pin Lithium-Ion truyền thống.

sand battery
Pin cát sẽ giảm thiểu chi phí và thân thiện với môi trường.

Cấu tạo của pin cát này cũng tương tự như Lithium-Ion hiện đang sử dụng trên các thiết bị thông minh, nhưng điểm khác biệt là cực dương bằng than chì sẽ được thay thế bằng cát. Với thành phần cấu tạo này, chi phí sản xuất cũng sẽ thấp, không độc hại cho người sử dụng và thân thiện với môi trường.

13. Pin Sodium-ion

Các nhà khoa học ở Nhật Bản đã nghiên cứu để tạo ra một loại pin mới mà không cần đến nguyên tố lithium. Và hiện họ đã thành công với Natri – nguyên tố rất phổ biến và dễ kiếm. Với loại pin mới này, hiệu quả mang lại cao gấp 7 triệu lần so với việc dùng nguyên tố hiếm Lithium truyền thống.

Sodium-ion battery

Các nghiên cứu liên quan đến pin natri – ion thực tế đã được tiến hành từ những năm 1980, nhưng mãi đến nay mới có được kết quả mong muốn. Bằng cách dùng muối – loại nguyên liệu phổ biến, dễ tìm và giá rẻ để tạo ra năng lượng đã mở ra một kỷ nguyên mới cho nguồn năng lượng dành cho thiết bị di động, thiết bị đeo và công nghiệp ô tô.

Công nghệ pin này đang được nghiên cứu sâu hơn và sẽ bắt đầu được áp dụng lên điện thoại thông minh, xe hơi… trong 10 năm nữa.

14. Sạc cell nhiên liệu Hydro

Sạc di động UPP Hydrogen Fuel Cell sẽ được bán vào cuối năm nay. Loại sạc này sử dụng hydrogen để nạp pin cho thiết bị, rất thân thiện với môi trường. Mỗi cell hydrogen có thể cung cấp 5 lần sạc đầy cho một chiếc điện thoại di động (dung lượng 25Wh/cell). Loại sạc này hỗ trợ cổng sạc USB type A giúp sạc được hầu hết các dòng điện thoại hiện nay với dòng điện đầu ra ở mức 5V, công suất 5W và 1000mA.

Hydro battery

15. Pin Nano

Pin Nano có công suất cao gấp 3 lần các loại pin hiện nay, thời gian sạc đầy chỉ sau 12 phút với tuổi thọ pin đạt hàng ngàn chu kỳ.

Loại pin này được cấu tạo gồm nhiều tổ hợp nanobattery nhỏ có tên là Nanopores – nhỏ hơn sợi tóc người 80.000 lần – để tạo nên một cấu trúc như tổ ong. Pin Nano có lợi thế về kích thước nên sẽ phù hợp cho các thiết bị có kích thước nhỏ như đồng hồ thông minh, chip cấy dùng năng lượng pin…

Hydro battery
Pin Nano thường chỉ có kích thước tương đương hoặc nhỏ hơn đồng xu.

16. Pin sạc nhanh NTU

Các nhà khoa học tại Đại học Nanyang Technology University (Singapore) đã tạo thành công pin có khả năng sạc nhanh hơn 70% so với các pin thông thường với thời gian chỉ 2 phút. Về tuổi thọ thì loại pin này có độ bền cao gấp 10 lần so với pin Lithium-Ion thông thường và số lần sạc tối đa có thể đạt mức 10.000 lần.

NTU battery

Nguồn từ http://www.pcworld.com.vn