Ý tưởng thiết kế pin lượng tử tiến gần hơn đến hiện thực

Pin lượng tử có thể gắn vào những thiết bị nhỏ gọn với tiềm năng lưu trữ năng lượng cực kỳ lớn. Phát minh mới này sẽ thúc đẩy năng lượng tái tạo và giảm đáng kể sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã thực hiện thêm một bước quan trọng trong việc biến loại pin này từ ý tưởng thành hiện thực, đầu tiên là sự chính minh được những khái niệm quan trọng như "siêu hấp thụ".

Siêu hấp thụ là gì?

Thông qua một loạt các thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã chứng minh được khái niệm siêu hấp thụ - một hiện tượng cơ học lượng tử với tiềm năng vô cùng lớn trong lĩnh vực tính toán lượng tử cũng như lưu trữ năng lượng. Siêu hấp thụ được ví như một trong nhiều điều kỳ diệu khác trong lĩnh vực lượng tử, biến điều không thể thành có thể thông qua thao tác tinh vi của các phân tử trên thang lượng tử.

Tiến sĩ James Q. Quach, một trong những nhà nghiên cứu của dự án từ Đại học Adelaide, cho biết "Hấp thụ siêu hấp thụ là một hiệu ứng tập thể lượng tử trong đó sự chuyển đổi giữa các trạng thái của các phân tử giao thoa một cách xây dựng. Giao thoa kiến tạo xảy ra ở tất cả các loại sóng (ánh sáng, âm thanh, sóng trên mặt nước) và xảy ra khi các sóng khác nhau cộng lại để tạo ra hiệu ứng lớn hơn so với một trong hai sóng. Điều quan trọng nhất là nó cho phép các phân tử kết hợp hấp thụ ánh sáng hiệu quả hơn so với việc mỗi phân tử hoạt động riêng lẻ."

Về mặt hiệu quả thực tế, điều này có nghĩa rằng khi thiết bị lưu trữ năng lượng lượng tử của bạn chứa càng nhiều phân tử, thì nó sẽ có khả năng hấp thụ năng lượng nhiều hơn, thời gian sạc sẽ nhanh hơn.

Pin càng lớn, sạc càng nhanh

Phát hiện mới này cũng dẫn đến việc tạo ra những hệ thống lưu trữ lớn với thời gian sạc cực nhanh, cho phép nhiều ứng dụng mới trong lưu trữ năng lượng tái tạo. Trong thông cáo báo chí từ Đại học Adelaide của Tiến sĩ James Q. Quach, có viết rằng: "Pin lượng tử sử dụng các nguyên tắc cơ học lượng tử để nâng cao khả năng của chúng, cần ít thời gian sạc hơn. Xét về lý thuyết, khả năng sạc của pin lượng tử tăng nhanh hơn khi kích thước lớn hơn, điều này cho phép các phương pháp mới để tăng tốc độ sạc."

Nhóm nghiên cứu cũng đã trình bày sơ bộ những phát hiện của họ, với việc sử dụng tia laser để tích điện cho một số lỗ nhỏ phân lớp có kích thước khác nhau, mỗi lỗ có chưa một số lượng phân tử hữu cơ khác nhau. "Lớp tích cực của vi trọng lực chứa các vật liệu bán dẫn hữu cơ lưu trữ năng lượng. Bên dưới hiệu ứng siêu hấp dẫn của pin lượng tử là ý tưởng cho rằng tất cả các phân tử hoạt động chung thông qua một đặc tính được gọi là chồng chất lượng tử", Tiến sĩ James Q. Quach giải thích. Ông nói thêm "Khi kích thước vi trọng lực tăng lên và số lượng phân tử tăng lên, thời gian sạc sẽ giảm xuống. Đây thực sự là một bước đột phá quan trọng, đánh dấu một bước tiến mới trong sự phát triển của pin lượng tử."

Tất cả những kết quả nghiên cứu trên đóng vai trò quan trọng để phát triển các hình thức lưu trữ năng lượng mới bền vững hơn. Họ nói rằng đến năm 2040 mức tiêu thụ năng lượng của mọi người dự kiến sẽ tăng 28% so với mức năm 2015. Và với pin lượng tử mới ra đời các công ty trong lĩnh vực năng lượng tái tạo để thu giữ và lưu trữ năng lượng ánh sáng đồng thời, giảm chi phí đáng kể. Tiếp theo, và cũng quan trọng nhất được nhóm nghiên cứu xác định là cho ra đời một nguyên mẫu pin lượng tử hoạt động đầy đủ, sử dụng hiện tượng siêu hấp thụ nói trên.