Pin lượng tử lần đầu được đề xuất vào năm 2013, vận hành dựa trên các nguyên lý của cơ học lượng tử để lưu trữ năng lượng và được kỳ vọng có hiệu suất cao hơn so với các loại pin truyền thống.
Nhóm nghiên cứu đã chế tạo một nguyên mẫu có thể sạc không dây bằng laser và cho rằng đây là bước tiến lớn hướng tới việc phát triển các hệ thống pin lượng tử hoàn chỉnh với khả năng sạc cực nhanh.
Dự án này là sự hợp tác giữa Đại học Melbourne, Đại học RMIT và CSIRO (Cơ quan Khoa học Quốc gia Australia). Khác với pin hóa học thông thường vốn mất nhiều thời gian sạc hơn khi dung lượng tăng lên, pin lượng tử tận dụng các đặc tính kỳ lạ như “chồng chập” và “vướng víu” để tạo ra hiệu ứng “sạc tập thể”.
Tiến sĩ James Quach - trưởng nhóm nghiên cứu thuộc Tổ chức Nghiên cứu Khoa học và Công nghiệp Khối Thịnh vượng chung (CSIRO) đã theo đuổi khái niệm này từ năm 2018 - giải thích rằng: Viên pin này cấu tạo từ một vi hốc hữu cơ đa lớp có khả năng bẫy ánh sáng. Thay vì sạc từng đơn vị một cách riêng lẻ, các đơn vị trong pin lượng tử sẽ sạc cùng lúc theo một khối thống nhất. Đây là nguyên mẫu đầu tiên thực hiện trọn vẹn một chu trình của pin, nghĩa là có thể sạc, lưu trữ năng lượng và sau đó xả điện.
Ở các loại pin thông thường, thời gian sạc tăng theo kích thước thiết bị. “Đó là lý do điện thoại di động của bạn mất khoảng 30 phút để sạc, trong khi xe điện phải mất cả đêm” - Tiến sĩ James Quach nói thêm.
Điều này có nghĩa là nếu tăng gấp đôi kích thước viên pin, thời gian sạc sẽ giảm xuống chỉ còn hơn một nửa so với ban đầu. Đây là điều không tưởng đối với các loại pin Lithium-ion hiện nay trên điện thoại hay xe điện.
Nguyên mẫu mới nhất không chỉ có khả năng sạc mà còn có thể xả năng lượng. Đây là một bước tiến lớn so với phiên bản năm 2022. Pin được sạc hoàn toàn không dây thông qua một tia laser. Đáng chú ý, thiết bị này có thể hoạt động ổn định ngay ở nhiệt độ phòng, đặt nền móng cho các giải pháp năng lượng thế hệ mới.
Dù rất hứa hẹn, nhưng pin lượng tử vẫn chưa thể xuất hiện sớm trong đời sống thực tế. Hiện tại, nguyên mẫu này chỉ mới lưu trữ được khoảng vài tỉ electron-volt, một con số còn quá nhỏ, thậm chí không đủ để khởi động một chiếc smartphone. Thêm vào đó, thời gian lưu giữ điện năng cũng cực kỳ ngắn, chỉ tính bằng vài phần tỷ giây.
Mục tiêu cuối cùng của các nhà nghiên cứu là kết hợp tốc độ sạc cực nhanh của pin lượng tử với khả năng lưu trữ năng lượng bền bỉ của pin truyền thống.
