Bạn có không hài lòng khi dung lượng pin các thiết bị di động như smartphone, máy tính bảng quá ít? Nhận thấy điều này đã là một trở ngại lớn, các nhà khoa học đang nghiên cứu những giải pháp để cải thiện dung lượng pin như sử dụng “tiếng ồn” phục hồi nhanh chóng năng lượng hay thậm chí dùng cát làm nguyên liệu chế tạo pin!


Các dịch vụ “ngốn” pin nhiều nhất là dịch vụ có chức năng định vị như mạng xã hội hay bản đồ. Theo Iqbal Arshad, Phó chủ tịch cấp cao bộ phận Phát triển sản phẩm toàn cầu của Motorola Mobility, “sự tiến bộ công nghệ Pin không theo kịp sự phát triển mạnh mẽ của các sản phẩm công nghệ đầu cuối”

Ngày nay, Smartphone được người dùng ít hơn ở chức năng nghe - gọi mà thay vào đó là dùng để giao tiếp trên thế giới trực tuyến. Khuynh hướng màn hình lớn hơn, độ phân giải cao hơn càng làm tăng thêm gánh nặng trên hệ thống cung cấp điện năng.

Dưới đây là 5 phương pháp chủ yếu mà các nhà nghiên cứu đã tìm ra và hi vọng sẽ sớm được hiện thực hóa để nâng cao hiệu năng sử dụng pin

1. Sử dụng cát làm tăng dung lượng pin lên 3 lần

Pin lithium-ion hiện vẫn là loại pin chính dùng trong các điện thoại thông minh của bạn nhưng sắp tới thay vì sử dụng than chì thì các nhà khoa học đã dùng cát để làm cực dương. Điều này có nghĩa là giúp tăng gấp 3 thời lượng pin, không độc hại và thân thiện với môi trường.


Các nhà khoa học tại Đại học California Riverside đã tập trung vào nano silicon trong một thời gian tuy nhiên thời lượng pin rất nhanh hết. Bằng cách sử dụng bột cát đã được thanh lọc, trộn với muối và magie trước khi được làm nóng để loại bỏ oxy. Cuối cùng các nhà khoa học chiết xuất được các chất silicon tinh khiết với khả năng hoạt tính cao và tăng thời lượng pin


Đại học California Riverside đã xin cấp bản quyền cho phương pháp dùng cát và công nghệ này đã được cấp phép sử dụng cho hãng Temiz Energy Technologies. Từng thử nghiệm thành công lí thuyết dùng cát của họ với các loại pin có kích thước bằng đồng xu, nhóm nghiên cứu này hiện có kế hoạch chuyển sang thử nghiệm các loại pin cỡ lớn hơn, vốn là loại đang được dùng trong hầu hết smartphone hiện nay.

2. Tương tác Co-extrusion

Ý tưởng lấy cảm hứng từ những “ống kem đánh răng”. Trong công nghệ pin hiện giờ, các ion lithium được hoán đổi qua lại giữa điện cực âm và điện cực dương bằng cách dùng các lớp vật liệu phẳng. Elrod cho biết, do các lớp vật liệu có dạng phẳng và độ dày của điện cực bị hạn chế, các ion lithium không thể xâm nhập đủ sâu để giữ điện tích tốt hơn. Ông cho đó là “phí phạm” trong khi mọi lượng nhỏ điện tích của pin là rất cần thiết.


Các nhà nghiên cứu đã dùng một quy trình gọi là “ghép kết hợp” (co-extrusion) để sửa đổi các lớp vật liệu của âm cực và dương cực bằng mô hình ruy băng giống như loại kem đánh răng có sọc. Theo bản miêu tả khái quát thiết kế, bằng cách cấu tạo một điện cực có những vùng có tính dẫn điện xen kẽ với những vùng lưu điện, đường dẫn dòng điện có thể được thu ngắn lại mà không ảnh hưởng đến dung lượng.



Các nhà nghiên cứu của công ty PARC đã ứng dụng công nghệ này lên pin mặt trời và thấy quy trình này cũng thích hợp với các loại pin khác. Được biết, quy trình này đang được thử nghiệm về phẩm chất và độ tin cậy. Các nhà sản xuất có thể sẽ dùng được công nghệ mới này trong vòng 3 năm nữa.


3. Tăng khả năng truyền phát tín hiệu hạn chế tiêu tốn năng lượng pin

“Phát sóng radio không hiệu quả hiện nay cũng có thể ảnh hưởng đến thời gian sử pin thiết bị di động” - Giám đốc công nghệ Joel Dawson của hãng bán dẫn Eta Devices, người từng là giáo sư ngành công trình điện tại Viện công nghệ MIT (Massachusetts Institute of Technology) của Mỹ cho biết.


Hiện nay, Dawson và nhà đồng sáng lập hãng Eta là David Perreault, nhận thấy rằng các bộ khuếch đại điện năng (power amplifier) hiện có trong các thiết bị cầm tay và trạm cơ sở đã bị rò rỉ một lượng năng lượng rất lớn vì chúng được xây dựng bằng các công nghệ lỗi thời.

Dawson và nhóm nghiên cứu của mình đã điều chỉnh cách các thiết bị di động trao đổi tín hiệu với trạm cơ sở. Eta chế tạo một loại bộ dẫn động kĩ thuật số tự động hóa, gọi là ET - Advanced, để thay thế cho bộ khuếch đại điện năng trong thiết bị di động và trạm cơ sở. Bộ dẫn động này ấn định lượng điện năng thích hợp cần cho quá trình giao tiếp, do đó giảm thiểu được tình trạng hao phí điện năng.

Eta khẳng định rằng bộ ETAdvanced sẽ giúp đạt hiệu năng hiệu quả cao cho các chuẩn kết nối không dây mới như LTE Advanced và 802.11ac Wi-Fi. Theo ông Dawson, bộ dẫn động ETAdvanced có thể cải thiện đến 50% thời gian sử dụng pin cho thiết bị di động.

4. Tận dụng tiếng động xung quanh

Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng có thể sạc thiết bị di động với âm thanh chẳng hạn như âm thanh nhạc rock hay tiếng cổ vũ tại một trận đá bóng.


Ý tưởng này đến từ các nhà khoa học Hàn Quốc: dựa trên cơ chế sạc được thực hiện thông qua hiệu ứng áp điện. Theo đó, những dây nano oxit kẽm sẽ chuyển đổi các rung động âm thanh được hấp thụ từ môi trường xung quanh và chuyển thành điện năng. Nhưng các nhà nghiên cứu đến từ QMUL và Nokia đã nghiên cứu và ứng dụng thành công công nghệ này. Dựa trên ý tưởng ban đầu, họ cũng sử dụng kẽm oxit, nhưng ở dạng tấm các thanh nano nhỏ. Các thanh nano này sẽ uốn cong theo sóng âm thanh tạo nên ứng suất trong quá trình này. Cụ thể: oxit kẽm sẽ sinh ra dòng điện khi phải chịu những áp lực cơ học và cung cấp năng lượng cho pin điện thoại.

Để thực hiện quá trình trên, các nhà nghiên cứu đã phủ lớp oxit kẽm dạng lỏng lên tấm nhựa dẻo. Sau đó, họ ngâm chúng trong hỗn hợp hóa chất và đun nóng ở nhiệt độ 90oC khiến lớp oxit kẽm tạo thành một tấm các thanh nano nhỏ.

Nhằm thu được điện áp tạo ra, các tấm nano này được kẹp giữa hai tấm tiếp xúc điện để hấp thụ tối đa. Thông thường, các tấm tiếp xúc điện sẽ được làm từ vàng do tính chất dẫn điện tốt nhất. Nhưng để giảm chi phí, các nhà nghiên cứu đã phát triển kỹ thuật cho phép sử dụng những lá nhôm thông thường để thay thế.


Nghiên cứu được thực hiện trên Lumia 925 của Nokia. Theo đó, công nghệ này có khả năng tạo ra điện áp đến 5V nhờ sử dụng những tiếng ồn xung quanh thiết bị khi sử dụng hàng ngày như âm thanh từ giao thông, âm nhạc, thậm chỉ cả tiếng nói. Các nhà nghiên cứu cho biết: 5V là đủ để sạc điện cho một chiếc điện thoại di động và có thể quản lý kể từ định mức nguồn điện áp cao hơn 50 mV.

Ông Scott Elrod của PARC chưa tin tưởng vào phương pháp thu thập năng lượng trong tình trạng hiện nay vì smartphone và tablet cần rất nhiều năng lượng. Để dùng được năng lượng mặt trời, điện thoại phải được để ngoài nắng. Các phương pháp thu thập năng lượng khác bằng nước, nhiệt hay tiếng ồn vẫn còn phải được hoàn thiện trước khi áp dụng để cung cấp nhiều điện năng nhằm sạc đầy điện thoại hay máy tính bảng.

Trong khi nhiều nhà phát minh đang tìm cách tăng thời gian sử dụng pin cho thiết bị di động thì ngành công nghệ pin vẫn còn vài năm nữa mới đạt được các cải tiến đáng kể. Các chuyên gia cho biết, đến khi các công nghệ này được đưa ra thị trường thì các hãng sản xuất thiết bị cùng với các nhà phát triển nền tảng và ứng dụng vẫn còn có trách nhiệm công bố rõ về mức tiêu thụ điện năng pin thiết bị của họ, đồng thời giúp người dùng điều chỉnh thiết lập để tăng thời gian sử dụng pin cho thiết bị.