Các nhà khoa học Hàn Quốc đã tìm ra công nghệ pin lượng tử có thể tăng tốc độ sạc cho xe điện lên 200 lần, nghĩa là việc sạc đầy pin chỉ mất chưa đầy 10 giây.
Cho dù ở nhà hay tại các trạm sạc điện siêu tốc, người sử dụng xe điện hiện vẫn phải đối mặt với tốc độ sạc pin chậm và sự bất tiện. Pin ô tô có thể mất tới 10 giờ để sạc đầy tại nhà, và mất tới 30–40 phút để sạc đầy tại các trạm sạc siêu tốc.
Cho dù là cách đây 10 năm khi chúng ta rất hiếm ô tô điện hay hiện nay khi hàng triệu chiếc ô tô đã được bán ra, pin luôn là một vấn đề nan giải vì chúng không thể tích trữ nhiều năng lượng như bình nhiên liệu trong xe chạy bằng xăng và dầu. Và khó khăn này vẫn còn đó bất chấp những cải tiến đáng kể về công nghệ pin trong những năm gần đây.
Dựa vào vật lý lượng tử, các nhà khoa học tại Viện Khoa học Cơ bản (IBS) Hàn Quốc có thể đã tìm ra giải pháp cho vấn đề nhức nhối nói trên, khám phá ra công nghệ lượng tử mới có thể sạc pin nhanh chóng.
Lấy cảm hứng từ một nghiên cứu năm 2012, các nhà khoa học đã đề xuất khái niệm pin lượng tử và đưa ra giả thuyết rằng các thuộc tính lượng tử như sự vướng víu có thể giúp tốc độ sạc pin nhanh hơn rất nhiều thông qua việc sạc đồng thời tất cả các tế bào của pin.
Các loại pin cổ điển hiện không thể sạc tập thể, các tế bào được sạc song song độc lập với nhau, khiến cho quá trình sạc pin bị chậm.
Về mặt lý thuyết, pin lượng tử có thể đạt được tốc độ hấp thụ năng lượng siêu nhanh vì chúng càng lớn thì sạc càng nhanh. Tốc độ sạc pin lượng tử được đo bằng một tỷ lệ được gọi là "lợi thế sạc lượng tử". Có hai yếu tố đằng sau lợi thế này: đó là “hoạt động toàn cục” (global operation) hay các tế bào pin đồng thời giao tiếp với tất cả những tế bào khác, và “ghép cặp mọi nơi” (all-to-all coupling) tức là mỗi giao tiếp chỉ có hai tế bào tham gia.
Một nhóm các nhà khoa học từ Trung tâm Vật lý Lý thuyết của các Hệ thống Phức tạp tại IBS đã tìm hiểu xem liệu có bất kỳ giới hạn nào đối với tốc độ sạc hay không. Trong một bài báo được xuất bản trên tạp chí Physical Review Letters, họ nhấn mạnh rằng hoạt động toàn cục là chìa khóa cho lợi thế lượng tử.
-
- Hình ảnh minh họa về công nghệ sạc pin cổ điển so với công nghệ sạc pin lượng tử. (Ảnh: Viện Khoa học Cơ bản Hàn Quốc)
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu có thể định lượng chính xác tốc độ sạc pin lượng tử có thể nhanh hơn bao nhiêu lần so với pin cổ điển. Họ phát hiện ra rằng không giống như pin cổ điển (ví dụ: pin lithium-ion) với tốc độ sạc tối đa tăng theo số lượng tế bào, pin lượng tử hoạt động toàn cục có thể đạt được sự gia tăng tốc độ sạc theo bình phương của quy mô.
Do đó khi pin lượng tử tăng kích thước, thời gian sạc sẽ nhanh hơn rất nhiều. Ví dụ, khi kích thước pin tăng từ 1 đến 2, thay vì tấc độ sạc tăng theo hệ số 2, nó sẽ tăng theo hệ số 4 và khi kích thước pin tăng từ 1 đến 10, tấc độ sạc tăng theo hệ số 100.
Theo các nhà nghiên cứu, nếu pin của một chiếc xe điện thông thường có 200 tế bào, thì việc sạc pin lượng tử có thể có tốc độ sạc nhanh hơn 200 lần so với pin cổ điển. Điều này có nghĩa là việc sạc một chiếc xe tại nhà sẽ giảm từ 10 giờ xuống 3 phút. Và ở các trạm sạc tốc độ cao, thời gian sạc sẽ giảm từ nửa giờ xuống chỉ vài giây.
Ngoài ra, các nhà khoa học tin rằng kết quả của nghiên cứu có thể đưa tới những ứng dụng vượt xa lĩnh vực các phương tiện giao thông.
Một ngày nào đó, pin lượng tử có thể được sử dụng trong các thiết bị điện tử tiêu dùng cũng như trong các nhà máy điện nhiệt hạch, những nơi cần nguồn năng lượng lớn để sạc và xả tức thì. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cảnh báo rằng các công nghệ lượng tử vẫn cần nhiều năm nghiên cứu trước khi chúng có thể được áp dụng để cách mạng hóa việc sử dụng năng lượng và các công nghệ xanh.
Văn Thiện
