Công nghệ pin - Mắt xích yếu nhất trong cả hệ sinh thái kỹ thuật số

Các công nghệ về chip xử lý và bộ nhớ thay đổi theo cấp số nhân qua từng năm, nhưng công nghệ pin sạc gần như vẫn không có nhiều đột biến từ hơn 20 năm nay. Và điều này không có hy vọng được cải thiện sớm.

Nếu công ty nào đó sở hữu loại pin mới, an toàn, giá cả phải chăng, ổn định, đáng tin cậy và thời gian sử dụng lâu cho các thiết bị kỹ thuật số, thì công ty đó hẳn giàu to rồi. Trong các thiết bị điện tử chúng ta sử dụng hàng ngày – đặc biệt là smartphone và laptop – pin là chìa khóa và cũng là mắt xích yếu nhất trong cả hệ sinh thái này.

Nhiều người thậm chí không thể sử dụng smartphone hay laptop trong nguyên một ngày. Một số người khác thì có thể, nhưng với đầy những nỗi lo lắng. Đa phần mọi người sẽ phải luôn mang theo các thiết bị điện lỉnh kỉnh bên người, hoặc là cục sạc hoặc là viên pin phụ, để nạp năng lượng cho những chiếc iPhone hay Galaxy thanh mảnh của họ.

Ngoại trừ loại máy đọc sách màn hình đơn sắc, các chức năng sử dụng cơ bản như Amazon Kindle, hầu như không có loại thiết bị kỹ thuật số nào thực sự có thời lượng gian sử dụng lâu cả.

Thời của những "siêu mẫu".

Trong khi tính năng, tốc độ, và tính linh hoạt của smartphone đang tiến bộ rất nhanh, thời lượng pin tăng chậm hơn rất nhiều. Ví dụ, năm ngoái, khi Apple giới thiệu chip xử lý A8 trên iPhone 6, công ty tự hào tuyên bố rằng tốc độ của CPU tăng lên 50 lần và GPU tăng 84 lần, so với phiên bản đầu tiên giới thiệu vào năm 2007. (Apple cho biết chip mới nhất của họ, A9 trên iPhone 6S, nhanh hơn 70% về xử lý tác vụ và GPU nhanh hơn 90% so với A8).

Tuy nhiên, thời lượng sử dụng của thiết bị không tăng với tốc độ chóng mặt như vậy. Phiên bản iPhone đầu tiên được Apple công bố cho thời gian thoại liên tục 8h và 6h sử dụng internet. Với phiên bản iPhone 6S, Apple công bố thời gian thoại liên tục 14h và 11h sử dụng internet. Tức là chỉ tăng gần gấp đôi so với phiên bản đầu tiên.

Tất nhiên, những người lạc quan có thể nhìn ra sự chênh lệch về thời lượng giữa hai phiên bản này và cảm thấy chiếc iPhone (và các đối thủ cạnh tranh khác) ngày nay thật tuyệt vời, khi mang đến thời lượng pin lâu hơn, mạnh mẽ hơn và nhiều điều hơn nữa, so với tổ tiên của chúng. Nhưng các thông số để so sánh về thời lượng dùng pin đã không còn chính xác, khi khái niệm về thời gian thoại và ý nghĩa của "sử dụng internet" đã thay đổi đáng kể từ năm 2007.

Một công nghệ từ năm 1991

Cho đến nay, vẫn còn nhiều thiết bị sử dụng các biến thể của loại pin Lithium – ion được thương mại hóa đầu tiên bởi Sony vào năm 1991. Tất nhiên, loại pin đó đã được cải thiện, nhưng đa phần thời lượng pin tăng lên đến từ thiết kế xung quanh việc sử dụng pin, bằng cách sử dụng phần cứng và phần mềm hiệu quả hơn.

Pin Lithium - Ion do Sony giới thiệu từ năm 1991.

Hiện giờ, không có loại pin mới nào tốt hơn có thể thay thế hoàn toàn pin Lithium – Ion trên các thiết bị này. Và các chuyên gia nói rằng bạn không nên trông chờ điều đó sẽ đến sớm. "Pin Lithium – Ion sẽ vẫn còn thống trị" trong ít nhất vài năm tới, tiến sĩ Jay Whitacre, chuyên gia về pin của trường đại học Carnergie – Mellon tại Pittsburgh. Ông còn cho biết thêm "Những giải pháp hiện tại sẽ không giúp các công ty tăng thời lượng pin".

"Điều phải xảy ra là" Whitacre nói "chúng ta phải hình dung xem sử dụng các loại vật liệu mới như thế nào" bên trong viên pin. Và trong khi các nhà nghiên cứu đang thực sử thử nghiệm các loại vật liệu mới, vẫn chưa có ai thành công trong việc làm ra một thiết kế, có thể thương mại hóa, cải thiện được đáng kể thời lượng pin cho smartphone và laptop. Ít nhất từ những gì mà chúng ta biết, không có công nghệ pin mới nào, cho phép chúng ta sử dụng thiết bị của mình trong vòng một tuần, sẽ xuất hiện sớm trong thời gian tới.

Vấn đề là nâng cao hiệu quả sử dụng pin hoàn toàn không giống với cách mà các công ty sản xuất thiết bị bán dẫn đang thực hiện, chỉ bằng cách đặt ngày càng nhiều các bóng bán dẫn trên một diện tích ngày càng nhỏ, để gia tăng sức mạnh xử lý. Vấn đề của pin thì hoàn toàn thuộc về vật lý và hóa học cơ bản. "Bạn có thể nhìn vào bảng tuần hoàn hóa học và thấy được con số giới hạn các vật liệu mà bạn có thể nghiên cứu", Tiến sĩ Doron Myersdorf, CEO của công ty StoreDot tại Israel, nghiên cứu về các vấn đề của pin smartphone. Chẳng có định luật Moore nào cho lĩnh vực pin cả, hay theo như lời một giám đốc công nghệ khi phát biểu về vấn đề này: "Sẽ chẳng có những đột phá nào xuất hiện đều đặn như vậy".

Điều đó có nghĩa là tuổi thọ pin vẫn sẽ là một nỗi đau mà người dùng phải chấp nhận, đặc biệt là ở các khu vực sóng điện thoại yếu hoặc thường xuyên bị gián đoạn, do việc phải liên tục tìm kiếm nguồn phát sóng điện thoại sẽ làm hao pin khủng khiếp. Các công ty có thể sẽ gặp nhiều khó khăn hơn khi giới thiệu các tính năng và cải tiến mới nếu điều này làm sụt giảm thời lượng sử dụng của thiết bị. Các công nghệ mới, đầy thú vị như thực tế ảo hay trí thông minh nhân tạo sẽ bị kìm hãm sự phát triển nếu thời lượng pin không được cải thiện tốt hơn.

Thay đổi về tâm lý sử dụng

Nhận thức được vấn đề là cần có bước đột phá trong thời lượng pin, thay vì cách thông thường, một vài công ty đang tập trung vào giải quyết vấn đề theo hướng khác : giảm đáng kể thời gian cần để sạc điện cho thiết bị. Ý tưởng là thay đổi tâm lý của người tiêu dùng. Các lo lắng về thời lượng pin có thể giảm được nếu người dùng tin rằng họ có thể sạc đầy pin cho thiết bị chỉ một thời gian sạc ngắn.

Ví dụ như Samsung, hãng đang bán ra cục sạc nhanh với giá 40 USD cho các thiết bị mới của họ, cục sạc này có thể sạc cho thiết bị từ 0 tăng lên 50% trong vòng 30 phút. Bút cảm ứng mới của Apple cho iPad Pro, có thể cắm vào iPad Pro trong vòng 15 giây là có thêm 30 phút trước khi hết hẳn. Qualcomm cũng ra mắt công nghệ Quick Charge trên bộ xử lý và chipset của mình. Theo công ty, phiên bản mới nhất có thể sạc với các thiết bị tương thích nhanh gấp bốn lần cách sạc thông thường.

Màn trình diễn khả năng sạc của StoreDot.

Nhưng có lẽ nỗ lực đáng kể nhất được thực hiện bởi công ty ở trên, StoreDot của Israel. Công ty này tuyên bố đã thiết kế lại cả pin và cục sạc, với những vật liệu "hữu cơ" mới để tạo ra một hệ thống có thể sạc cho một thiết bị điển hình chỉ trong vài phút là đủ để dùng trong một ngày làm việc bình thường.

Trong hội chợ hàng điện tử tiêu dùng CES năm ngoái, StoreDot đã trình diễn một sản phẩm mẫu có thể sạc cho điện thoại 6 đến 7 tiếng sử dụng chỉ trong vòng một phút. Sản phẩm đó được gọi là Flash Battery và Flash Charge, sẽ ra mắt trở lại vào hội chợ CES tháng tới, với một chút thay đổi. Theo CEO Doron Myesdorf, lần này, phiên bản mà công ty mang đến, dự kiến sẽ cho một chiếc smartphone dùng trong vòng 8 đến 10 giờ chỉ trong vòng 5 phút sạc. Những khác biệt của lần này là do thay đổi trong thiết kế lại cổng sạc của pin và cục sạc. Dù vậy, năm phút vẫn là bước tiến đáng kể nếu so với thời gian sạc kéo dài hàng giờ để có đầy pin cho thiết bị hiện nay.

Nhưng StoreDot vẫn chưa có đối tác sản xuất điện thoại nào để ứng dụng pin và sạc của mình, và thậm chí nếu có, một hệ thống pin mới như vậy sẽ đòi hỏi phải có dây chuyền sản xuất mới, với các yêu cầu về chi phí và tiêu chuẩn an toàn. Ông Myersdorf thừa nhận rằng "điều này sẽ mất nhiều thời gian hơn ta hy vọng". Ngay cả vậy, công ty cũng hy vọng sản phẩm của mình sẽ được xuất hiện trên thị trường, như một phần của smartphone vào năm sau hoặc đầu năm 2017.

Cả ngành công nghiệp đang dừng lại để giải quyết vấn đề pin, dù bằng cách này hay cách khác. Nhưng giải pháp cho vấn đề này chắc sẽ không đến sớm.