IV. Vận dụng cuộc cách mạng toàn cầu 2020 vào hoàn cảnh thực tiễn: Kinh nghiệm của Trung Quốc
3.Pin và các thiết bị tích trữ năng lượng
Trong số 4 công nghệ cấu phần của TTDĐ, thì pin và các thiết bị tích trữ năng lƣợng, do đóng vai trò quyết định khoảng thời gian hoạt động trƣớc khi phải xạc lại, nên có tiềm năng lớn nhất để ảnh hƣởng tới sự tăng trƣởng tƣơng lai của các thiết bị điện toán di động. Mặc dù thập kỷ qua, tốc độ hoàn thiện tính năng của các bộ nguồn điện pin/acquy là không bằng với của bộ nhớ hoặc mạch tích hợp, nhƣng những tiến bộ gần đây trong sử dụng các vật liệu đƣợc tạo ra ở cấp nano đã đặt nền móng cho những bƣớc tiến quan trọng trong những năm sắp tới. Đặc biệt, các điện cực đƣợc cấu trúc hóa ở cấp nano là một lĩnh vực nghiên cứu cực kỳ sôi động. Một số công trình đang nghiên cứu những hợp chất và cấu trúc khác nhau dùng cho các điện cực của pin lithium-ion đƣợc cấu trúc ở cấp nano.
Những công nghệ đang nổi có nhiều hứa hẹn nhất gồm: - Các pin màng mỏng;
- Pin nhiên liệu.
a. Pin màng mỏng
Những bƣớc tiến gần đây để phát triển các pin cấu trúc ở cấp nano và tạo ra bởi CNNN đã cho phép các nhà nghiên cứu và kỹ sƣ giảm kích thƣớc của pin ở nhiều phƣơng diện. Một tiến bộ quan trọng là giảm chiều dày. Các pin màng mỏng có một số ƣu điểm nhƣ sau:
- Hợp phần của chúng là vật liệu rắn, chứ không dựa vào các chất ƣớt; - Chúng có thể hoạt động ở phạm vi nhiệt độ rất rộng;
- Tuổi thọ cao;
- Có thể đƣợc sản xuất theo nhiều khuôn dạng khác nhau; - Giá thành sản xuất tính theo đơn vị diện tích là không đổi.
Những nghiên cứu gần đây tập trung vào (1) thiết kế điện cực và (2) các vật liệu cơ bản nằm trong phạm vi hệ thống vật liệu rộng để phát triển các pin màng mỏng Li-ion, nickel-cadmium và các loại khác. Ngoài các thiết bị TTDĐ, những pin này cũng có thể đƣợc sử dụng làm nguồn điện nhúng phục vụ cho các tấm mạch in, các card thông minh và các thẻ FRID kích thƣớc nhỏ.
Một số nhà nghiên cứu thị trƣờng dự báo trong năm 2009, thị trƣờng pin màng mỏng sẽ tăng lên rất nhiều. Phần lớn các công ty hiện đang phát triển các pin màng mỏng thƣơng mại đều là những doanh nghiệp nhỏ và các công ty mới khởi sự. Tuy nhiên, những công ty lớn, chẳng hạn nhƣ NEC và IBM cũng đang hỗ trợ cho các doanh nghiệp nhỏ nào muốn khởi nghiệp trong lĩnh vực pin màng mỏng. Một số công nghệ chế tạo pin màng mỏng đang tích cực hoạt động ở Trung Quốc gồm:
- Enfucell; - Solicore;
- Ultralife Batteries.
b. Siêu tụ điện (Ultracapicitor)
Thƣờng đƣợc coi là thiết bị thay thế acquy trên ôtô điện, các siêu tụ điện cũng đang đƣợc cân nhắc để dùng cho TTDĐ tƣơng lai. Chúng từ lâu đã trở nên cần thiết cho lĩnh vực này vì có khả năng chịu đƣợc va đập và nhiệt độ. Tuy nhiên, những giới hạn trƣớc đây đối với bề mặt điện cực của các siêu tụ điện cho thấy chúng phải có kích thƣớc lớn hơn nhiều để chứa đƣợc lƣợng điện tích nhƣ phần lớn các pin thông thƣờng. Công trình nghiên cứu gần đây về sử dụng các ống nano cacbon và những vật liệu cấu trúc cấp nano đã cho phép tạo ra những điện cực có diện tích bề mặt lớn hơn, có năng lực tích điện cao hơn.
Hai công ty hàng đầu đang phát triển các siêu tụ điện là Maxwell và EEstor. Năm 1999, Maxwell đã nhận đƣợc tài trợ của Chƣơng trình Công nghệ tiên tiến của Mỹ để nghiên cứu nhằm giảm chi phí và nâng tính năng của vật liệu trong siêu tụ điện
phục vụ cho ôtô và các thiết bị điện tử. Tháng 7/2006, Chính phủ Trung Quốc cấp chứng chỉ cho các sản phẩm BOOSTCAP của Maxwell để tích trữ năng lƣợng trên ôtô. Tháng 11/2007, Maxwell đã phát triển đƣợc bộ nguồn điện kết hợp cả siêu tụ điện lẫn pin Li-ion.
Cho đến nay, đối thủ chủ yếu của Maxwell trong lĩnh vực siêu tụ điện, Eestor, ít tiết lộ thông tin về các kế hoạch thƣơng mại hóa của công ty. Nhƣng theo Technology Review, EEstor gần đây đã cấp phép sử dụng siêu tụ điện của công ty cho háng Lockheed để sử dụng trong mọi thiết bị, từ các cảm biến từ xa cho đến các bộ nguồn di động.
c. Pin nhiên liệu
Đây là công nghệ đang đƣợc khai phá để phục vụ cho TTDĐ. Các công ty hiện đã bắt đầu tiếp thị những pin nhiên liệu có thể đƣợc dùng để cấp điện cho các thiết bị điện tử hiện có. Tuy nhiên, tầm nhìn tƣơng lai là chúng sẽ thay thế cho các pin hiện nay ở thiết bị. Các nhà nghiên cứu ở Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) gần đây đã phát triển những vật liệu mới để tăng lƣợng điện sản ra của các pin nhiên liệu, khiến chúng trở nên hấp dẫn hơn cho các thiết bị điện tử di động nói chung và TTDĐ nói riêng.
Mặc dù công nghệ này có hứa hẹn rất lớn, nhƣng để pin nhiên liệu đƣợc sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử và TTDĐ, cần phải nghiên cứu tiếp tục về kỹ thuật thiết kế và mô tả đặc trƣng của chúng và cần tìm ra các giải pháp cho một số thách thức thị trƣờng (ví dụ nhƣ cách thức cung cấp nhiên liệu cần thiết cho pin, nhƣ ethanol chẳng hạn). Tuy nhiên, một số công ty lớn đang tích cực phát triển và tiếp thị các công nghệ pin nhiên liệu ethanol dùng cho thiết bị điện tử di động. Những công ty này gồm Sony và MTI Micro. Ngoài ra, Samsung đang phát triển pin nhiên liệu cho thiết bị điện tử di động sử dụng nƣớc thay cho ethanol. Samsung cho biết sẽ thƣơng mại hóa loại pin này vào năm 2010.