Công nghệ lượng tử giúp xe điện sạc nhanh như đổ xăng, Tesla hay VinFast cũng đều thèm muốn

Thời gian sạc có khả năng giảm từ 10 tiếng xuống còn 3 phút.

Nền văn minh hiện tại khó có thể sống đúng với định nghĩa “văn minh” khi vẫn còn phụ thuộc vào nhiên liệu đốt. Cho dù bước chuyển biến tiếp theo là quang điện, hợp hạch hay bất cứ cách sản sinh năng lượng sạch nào khác, xu hướng tất yếu vẫn là một thứ năng lượng tái tạo không làm tổn hại tới môi trường và khí hậu.

Đó là lý do nhiều trung tâm nghiên cứu ráo riết đi tìm một nguồn năng lượng mới, đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn của con người. Điện đang được vinh danh như thứ năng lượng của thời đại mới, và các bên nghiên cứu tiếp tục tìm kiếm thứ sản phẩm chạy điện hiệu quả nhất cho một tương lai xanh, sạch, đẹp.

Thay đổi trực quan nhất có lẽ tới từ ngành sản xuất ô tô. Xe điện vẫn chỉ chiếm thiểu số khoảng 10 năm về trước, nhưng hiện tại số lượng xe điện xuất xưởng hàng năm đã đạt hàng triệu. Thị trường xe điện sở hữu tốc độ tăng trưởng cao kỷ lục, biến Elon Musk trở thành một trong những người giàu nhất thế giới, và đủ sức cuốn hút để khiến tỷ phú Phạm Nhật Vượng dồn lực đầu tư cho tương lai xe điện.

Khác với ô tô truyền thống sử dụng động cơ đốt trong với nhiên liệu lỏng, xe điện vận hành bằng năng lượng điện tích trữ trong pin. Năng lượng trong mỗi đơn vị thể tích pin không so sánh được với chất đốt, ấy là lý do xe điện chưa thể thịnh hành với quãng đường di chuyển còn thấp.

Nhưng khi công nghệ pin ngày một hiện đại, giờ đã đến một mức chấp nhận được, xe điện đang dần thay thế xe chạy xăng, dầu. Nhờ nỗ lực hoàn thiện pin, tăng thành công sức chứa và độ an toàn của một hệ thống lưu giữ năng lượng lớn, xe điện mới có khả năng phát triển bùng nổ tới vậy.

Vấn đề mới lại phát sinh trong quá trình sử dụng: tốc độ sạc còn chậm tạo nên một vài bất lợi, đồng thời khiến người chưa dùng thử xe điện e ngại thay đổi. Hiện tại, một chiếc xe điện bình thường sẽ cần khoảng 10 tiếng để sạc đầy. Ngay cả những trạm cung ứng dịch vụ sạc nhanh cũng khuyến cáo xe không di chuyển trong vòng 20-40 phút.

Để giải bài toán này, các nhà khoa học tìm kiếm câu trả lời trong lĩnh vực còn nhiều bí ẩn: vật lý lượng tử. Công cuộc tìm kiếm dẫn nhóm chuyên gia tới một nguyên lý sạc pin mới, cho phép cải thiện tốc độ sạc của pin hiện thời.

Theo một báo cáo nhắc tới khái niệm “pin lượng tử” xuất bản hồi 2012, các nhà khoa học nêu lý thuyết rằng những nguồn tài nguyên lượng tử, ví dụ như khái niệm về “rối lượng tử”, có khả năng tăng tốc quá trình sạc pin khi có thể tận dụng nó để cùng lúc sạc hầu hết các khối tích trữ năng lượng.

Công nghệ triển vọng thu hút nhiều ánh mắt từ ngành năng lượng. Việc có thể cùng lúc sạc nhiều cell pin sẽ cải thiện đáng kể tốc độ sạc. Công nghệ này khó có thể ứng dụng vào pin cổ điển, với điện được sạc đơn lẻ cho từng khối lưu giữ năng lượng. Tồn tại một thứ tỷ lệ có tên “lợi thế của sạc lượng tử” để mô tả chênh lệch tốc độ sạc giữa hai phương thức, là sạc cùng lúc tất cả các cell và sạc song song, đơn lẻ từng khối năng lượng.

Năm 2017, các nhà nghiên cứu chỉ ra hai điều kiện có thể đem về lợi thế sạc lượng tử. Một là “hoạt động chung toàn khối – global operation”, khi các cell năng lượng có khả năng liên kết với nhau cùng lúc; thứ hai là để các cell tương tác theo từng cặp.

Trước lúc báo cáo nghiên cứu mới được công bố trên Physical Review Letters, các nhà khoa học chưa chỉ chính xác được đâu là điều kiện cần cho công nghệ sạc lượng tử mới, cũng chưa xác định được giới hạn trên của tốc độ sạc.

Kết quả nghiên cứu mới khẳng định pin lượng tử không cần các cell bắt cặp, mà sẽ hưởng lợi từ việc các khối năng lượng có khả năng liên kết với nhau cùng lúc. Nhóm nghiên cứu cùng lúc chỉ ra được công nghệ mới có thể sạc nhanh nhường nào.

Viện Khoa học Cơ bản minh họa xe điện sử dụng pin thường so với xe điện với pin ứng dụng cơ chế sạc lượng tử. Việc tăng tốc độ sạc lên tới 200 lần sẽ giúp thời gian chờ tại trạm sạc giảm xuống đáng kể.

Giả sử với một xe điện bình thường sử dụng một pin chứa khoảng 200 cell năng lượng. Ứng dụng công nghệ sạc lượng tử mới sẽ giúp pin tăng tốc sạc gấp 200 lần, đồng nghĩa với việc thời gian sạc 10 tiếng sẽ được rút ngắn xuống còn 3 phút. Tại những trạm sạc nhanh, thời gian sẽ được cắt giảm từ 30 phút xuống còn vài giây.

Các nhà khoa học còn nhận định kết quả nghiên cứu sẽ còn tìm được những ứng dụng vượt ngoài phạm vi pin trong đồ điện tử. Nó có thể tìm được đường vào hệ thống sản xuất năng lượng hợp hạch, vốn cần khả năng sạc/xả một lượng năng lượng khổng lồ trong thời gian ngắn.

Phần lớn nghiên cứu về cơ học lượng tử vẫn còn đang trong trứng nước, việc ứng dụng vẫn còn nằm ở tương lai xa. Thế nhưng, việc tìm ra được những hướng ứng dụng từ sớm sẽ giúp các doanh nghiệp, các tổ chức chọn ra được lối đầu tư đúng đắn, nhanh chóng dẫn lối nền văn minh theo đúng hướng. Những khoản đầu tư vào năng lượng sạch đều sẽ có ích trong thời gian tới, cho dù mới chỉ là pin đưa vào xe điện.

Lifehub tổng hợp