Viễn cảnh mới cho ngành công nghiệp năng lượng

Khái niệm pin lượng tử lần đầu tiên được đề xuất trên lý thuyết vào năm 2013, dựa trên các nguyên lý của cơ học lượng tử để lưu trữ năng lượng với hiệu suất vượt trội so với pin truyền thống.

Điểm đột phá lớn nhất của công nghệ này nằm ở khả năng phá vỡ nghịch lý sạc pin hiện tại. Đối với các thiết bị từ điện thoại đến xe điện thông thường, dung lượng pin càng lớn thì thời gian chờ sạc đầy càng lâu. Tuy nhiên, pin lượng tử lại sở hữu đặc tính hoàn toàn trái ngược.

Nhờ hiện tượng vật lý được gọi là hiệu ứng tập thể, các tế bào lượng tử sẽ tương tác và sạc nhanh hơn khi có càng nhiều tế bào cùng tham gia vào hệ thống. Đồng nghĩa với việc, viên pin có kích thước càng lớn, thời gian sạc lại càng được rút ngắn.

Tiến sĩ James Quach, trưởng nhóm nghiên cứu thuộc cơ quan khoa học quốc gia Australia (CSIRO), khẳng định nguyên mẫu mới nhất đã vượt qua giới hạn của năm 2022 bằng cách thực hiện thành công một chu kỳ hoàn chỉnh gồm sạc, lưu trữ và xả năng lượng.

Chi tiết về nguyên mẫu mới được công bố trên tạp chí Light: Science & Applications cho thấy thiết bị này được sạc hoàn toàn không dây bằng tia laser.

Tuy nhiên, công nghệ vẫn đang ở giai đoạn cực kỳ sơ khai. Quá trình sạc chỉ diễn ra trong vài femto giây (một phần triệu tỷ giây) và năng lượng được lưu trữ trong vài nano giây.

Để dễ hình dung về tỷ lệ sạc - xả ấn tượng này, Tiến sĩ Quach giải thích: Nếu một viên pin thông thường mất một phút để sạc đầy, mức chênh lệch sáu bậc độ lớn có nghĩa là nó sẽ giữ được lượng điện đó trong suốt nhiều năm.

Bất chấp tỷ lệ ấn tượng đó, dung lượng thực tế của nguyên mẫu này chỉ đạt vài tỷ electron volt, một con số quá nhỏ bé để cung cấp năng lượng cho bất kỳ thiết bị hữu ích nào trên thực tế.

Tiến sĩ Quach thừa nhận thách thức sống còn tiếp theo của giới nghiên cứu là phải kéo dài thời gian lưu trữ năng lượng trước khi có thể nghĩ đến việc ứng dụng vào các thiết bị điện tử dân dụng.

Viễn cảnh sạc từ xa cho máy bay không người lái

Nếu vượt qua được các rào cản kỹ thuật hiện tại, pin lượng tử hứa hẹn sẽ định hình lại toàn bộ hệ sinh thái năng lượng.

Nhờ cơ chế truyền tải bằng tia laser, công nghệ này mở ra tiềm năng sạc từ xa cho các thiết bị đang di chuyển. Tiến sĩ Quach đưa ra viễn cảnh nơi máy bay không người lái (drone) hay xe điện không còn phải dừng lại ở trạm sạc, mà có thể liên tục nạp năng lượng ngay khi đang hoạt động.

Đánh giá về tính khả thi của dự án, Giáo sư Andrew White, người đứng đầu phòng thí nghiệm công nghệ lượng tử tại Đại học Queensland, nhận định đây là một công trình tuyệt vời, đưa pin lượng tử từ một khái niệm trừu tượng trở thành một nguyên mẫu vật lý.

Dù vậy, ông cũng đưa ra góc nhìn thực tế rằng công nghệ này sẽ chưa thể sớm xuất hiện trên xe điện đại trà.

Thay vào đó, bến đỗ đầu tiên và khả thi nhất của pin lượng tử sẽ là cung cấp nguồn năng lượng mạch lạc với chi phí thất thoát tối thiểu cho các hệ thống máy tính lượng tử cực kỳ phức tạp.