Công nghệ pin truyền thống, dựa trên các quá trình hóa học như lithium-ion hay axit chì, đã tiến bộ đáng kể nhưng vẫn gặp phải hạn chế về mật độ năng lượng, thời gian sạc, tuổi thọ và tác động đến môi trường. Khi nhu cầu lưu trữ năng lượng ngày càng tăng, các hạn chế này trở nên nghiêm trọng hơn, đòi hỏi một giải pháp mới hiệu quả hơn.

Pin lượng tử, với khả năng tận dụng các nguyên lý của cơ học lượng tử, hứa hẹn sẽ khắc phục những hạn chế của pin truyền thống. Không giống như các pin hiện tại, dựa trên các phản ứng hóa học, pin lượng tử sử dụng các trạng thái và hiện tượng lượng tử như chồng chất và vướng víu. Về mặt lý thuyết, các nguyên lý này có thể cho phép pin lượng tử đạt mật độ năng lượng cao hơn nhiều và thời gian sạc nhanh chóng hơn, mở ra một cách tiếp cận hoàn toàn mới trong việc lưu trữ và quản lý năng lượng.

Công nghệ này khai thác hai nguyên tắc lượng tử quan trọng: sự chồng chất và sự vướng víu. Sự chồng chất cho phép các hạt tồn tại đồng thời ở nhiều trạng thái, giúp lưu trữ và giải phóng năng lượng hiệu quả hơn. Sự vướng víu tạo ra liên kết giữa các hạt, cho phép quá trình sạc diễn ra nhanh chóng và phối hợp trên toàn bộ pin. Điều này có thể làm tăng hiệu suất và giảm thời gian sạc đáng kể so với pin thông thường.

Mặc dù tiềm năng của pin lượng tử rất lớn, việc thương mại hóa chúng vẫn đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật. Các vấn đề bao gồm tìm kiếm vật liệu phù hợp để duy trì trạng thái lượng tử ổn định, phát triển phương pháp hiệu quả để đọc và ghi năng lượng vào các trạng thái lượng tử, và mở rộng công nghệ từ quy mô vi mô lên kích thước thực tế sử dụng được. Việc duy trì trạng thái lượng tử bên ngoài môi trường nghiên cứu cũng là một rào cản lớn, tương tự như các vấn đề mà máy tính lượng tử phải đối mặt.

Nghiên cứu gần đây đã chỉ ra nhiều hướng đi hứa hẹn cho pin lượng tử. Năm 2018, các nhà khoa học đã mô hình hóa pin lượng tử Dicke, loại pin đầu tiên được đề xuất ở dạng kiến trúc thể rắn. Đến năm 2022, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm một khung cơ bản sử dụng ánh sáng laser, gương và mục tiêu. Các thiết lập thử nghiệm khác nhau đã đưa ra nhiều con đường khác nhau để đổi mới thiết kế pin lượng tử, tối đa hóa việc lưu trữ năng lượng và giảm thiểu sự tiêu tán năng lượng.

Trong ngành công nghiệp ô tô, pin lượng tử có thể cho phép xe điện di chuyển quãng đường xa hơn chỉ trong một lần sạc, giảm bớt lo lắng về phạm vi hoạt động và làm cho xe điện trở nên hấp dẫn hơn đối với nhiều người tiêu dùng. Thời gian sạc nhanh hơn cũng sẽ giúp xe điện trở nên thuận tiện hơn, phù hợp với thời gian tiếp nhiên liệu của các phương tiện đốt trong truyền thống. Bên cạnh đó, pin lượng tử có thể đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống năng lượng tái tạo, lưu trữ năng lượng hiệu quả từ các nguồn không liên tục như năng lượng mặt trời và gió, giúp cung cấp năng lượng ổn định và đáng tin cậy hơn.

Dù vẫn còn nhiều thách thức, tiềm năng của pin lượng tử trong việc cách mạng hóa lưu trữ năng lượng và góp phần vào một tương lai bền vững là rất rõ ràng. Tiếp tục đầu tư vào nghiên cứu và phát triển, cùng với sự hợp tác liên ngành, sẽ là chìa khóa để khai thác toàn bộ tiềm năng của công nghệ này, đặc biệt là trong ngành công nghiệp ô tô.

Nguồn: NASATI