Nghiên cứu mới được ghi nhận trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc Gia Mỹ (NPAS) cho thấy các nhà khoa học đã tìm ra một kỹ thuật có thể cho phép điện thoại sạc tới 100% chỉ trong 60 giây. Công trình nghiên cứu được phát triển bởi các nhà khoa học tại Đại học Colorado, dựa trên sự chuyển động của các ion thông qua các siêu tụ điện. Trong đó, Ion là một nguyên tử có điện tích dương và siêu tụ điện được sử dụng để lưu trữ năng lượng trong các chu kỳ sạc và xả dòng điện cao, thời gian ngắn.
Theo nhà nghiên cứu Ankur Gupta thì bằng cách sử dụng nguyên lý chuyển động của các ion, có thể làm cho quá trình sạc và giải phóng năng lượng nhanh hơn nhiều, làm tiền đề cho những bộ sạc thế hệ tiếp theo có khả năng tăng mức sạc điện thoại từ 0 lên 100% chỉ trong một phút hoặc thậm chí có thể ít hơn. Chuyên gia này lưu ý thêm, rằng mặc dù một số kỹ thuật này đã được sử dụng để nghiên cứu dòng chảy trong các vật liệu xốp như bể chứa dầu và lọc nước, nhưng chúng vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ cho các hệ thống lưu trữ năng lượng. “Với vai trò quan trọng của năng lượng đối với tương lai của hành tinh, tôi cảm thấy có cảm hứng để áp dụng kiến thức kỹ thuật hóa học của mình vào việc cải tiến các thiết bị lưu trữ năng lượng. Sự hấp dẫn chính của siêu tụ điện nằm ở tốc độ của chúng. Vậy làm thế nào chúng ta có thể khiến chúng sạc và giải phóng năng lượng nhanh hơn? Sự chuyển động hiệu quả hơn của các ion sẽ giải quyết vấn đề này", ông nói.
Một trong những phát hiện lớn nhất của các nhà nghiên cứu tiết lộ rằng cách các ion di chuyển khác với cách các electron ở giao điểm của các lỗ nhỏ có kích thước nano. Nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng chuyển động của các ion khác với những gì được mong đợi theo định luật Kirchhoff - một định luật kinh điển đã được đưa vào để giảng dạy tại các nhà trường trong hàng chục năm qua. Thông qua nghiên cứu này, các nhà khoa học nhận thấy chuyển động của ion trong một mạng lưới phức tạp gồm hàng nghìn lỗ liên kết với nhau có thể được mô phỏng và dự đoán chỉ trong vài phút.
Không rõ sẽ mất bao lâu để nghiên cứu này trong phòng thí nghiệm trở thành sản phẩm công nghệ hiện hữu. Nhưng ý tưởng có thể sạc pin điện thoại, laptop, ô tô điện sẽ là động lực để thúc đẩy nghiên cứu tiếp tục phát triển.
Hiện, 2 công nghệ pin phổ biến trên thị trường smartphone hiện nay chủ yếu vẫn là pin Lithium-Ion (Li-Ion) và Lithium-Polyme (Li-Po). Trong đó, pin Lithium-Ion (Li-ion) là loại pin phổ biến nhất. Chúng có mật độ năng lượng cao, giúp điện thoại mỏng nhẹ và sử dụng được cả ngày. Tuy nhiên, hiệu suất pin suy giảm sau một số chu kỳ sạc, và có nguy cơ nổ nếu hỏng hoặc xâm nhập. Tiếp theo là pin Lithium-Polyme (Li-Po) với lợi thế về mặt thiết kế khá mỏng nhẹ nhưng vẫn duy trì mật độ năng lượng cao. Nhược điểm của loại pin này tương tự như trên pin Li-ion.
Bên cạnh đó, một công nghệ pin phổ biến khác là pin xếp chồng - xếp nhiều tấm pin nhỏ lại với nhau để tạo ra nguồn năng lượng mạnh mẽ và hiệu suất cao. Công nghệ này giúp tăng dung lượng pin mà không làm tăng kích thước, mang lại trải nghiệm tốt hơn cho người dùng, đặc biệt trong các ứng dụng đòi hỏi nhiều năng lượng. Tuy nhiên với hạn chế khá cồng kềnh, không phù hợp với nhu cầu của một thiết bị di động nên không được áp dụng trong các thiết bị smartphone.
Việc phát triển công nghệ pin, giúp sạc nhanh hơn, lưu trữ được nhiều điện năng hơn đang là cuộc chạy đua đối với các nhà sản xuất thiết bị điện tử, di động. Không chỉ trong lĩnh vực smartphone, pin cũng đang là vấn đề đau đầu đối với các nhà sản xuất ô tô trong bối cảnh cuộc cách mạng điện khí hóa đang thúc đẩy mạnh mẽ trên toàn cầu. Mới đây, nhà sản xuất pin StoreDot của Israel cũng đạt được cột mốc mới về hiệu suất khi bộ pin họ nghiên cứu có thể đạt được 2.000 chu kỳ sạc nhanh liên tiếp, đánh dấu mức tăng gấp đôi so với con số do chính công ty này đạt được năm 2022.. Loại pin này có thể sạc liên tục từ 10% đến 80% trong 10 phút, giữ 80% dung lượng sau nhiều lần sạc liên tiếp như vậy.
Việc cân bằng giữa kích thước, dung lượng pin có thể được hóa giải ở việc pin có thể được sạc nhanh hơn, hiệu quả hơn. Nghiên cứu mới của các nhà khoa học tại đại học Colorado có thể mở ra một kỷ nguyên mới của ngành điện thoại di động toàn cầu thời gian tới. Tuy nhiên, vẫn cần thời gian để các nhà khoa học có thể hoàn thiện nó và đưa lên các ứng dụng cụ thể.
