Tìm hiểu công nghệ pin dành cho smartphone

pin

 So với các ngành công nghiệp khác, pin cho thiết bị di động dường như phát triển chậm hơn nhiều và chưa tương xứng với các công nghệ khác. Tuy nhiên, cuối cùng thì ngành này cũng dần thay đổi và chúng ta sẽ được chứng kiến những bước cải tiến thật sự có ý nghĩa trong vòng vài năm tới.

Điện toán di động hứa hẹn nhiều khả năng hấp dẫn, từ lướt web, xem ảnh, nghe nhạc, cho đến tìm kiếm thông tin, xác định vị trí trên bản đồ và mọi thứ khi bạn đang di chuyển trên đường. Trong khi cả phần cứng lẫn phần mềm smartphone đang ngày càng được cải tiến không ngừng, thì không ít nâng cấp về phần cứng và phần mềm này lại là nguyên nhân gây hao pin cho thiết bị một cách kinh khủng.
pin
Tất cả smartphone trên thị trường hiện nay đều sử dụng loại pin lithium ion có thể sạc lại được với thiết kế đơn giản và an toàn hơn so với các công nghệ pin trước đây, nhưng chúng hầu hết đều có hạn chế về thời lượng sử dụng. Đã có nhiều trang web chuyên về công nghệ hướng dẫn những thủ thuật giúp kéo dài thời lượng dùng pin cho smartphone. Tuy nhiên, về cơ bản thì do cấu trúc dung lượng pin thấp dẫn đến thời lượng dùng pin không dài và đây vẫn là một vấn đề làm đau đầu các nhà sản xuất, làm không ít người dùng cảm thấy khó chịu.

Mỗi khi tung ra một model smartphone mới, các hãng thường công bố thời lượng sử dụng pin tiêu chuẩn của thiết bị, nhưng đó chỉ là trên lý thuyết còn thực tế thì thời lượng pin luôn ngắn hơn so với quảng cáo. Chẳng hạn, mẫu điện thoại iPhone 5S mới nhất của Apple trang bị pin dung lượng 1.560mAh, có thời gian đàm thoại theo công bố khoảng 10 giờ, lướt web khoảng từ 6-8 giờ còn thời gian chờ vào khoảng 250 giờ. Hồi đầu năm nay, hãng Motorola đã trình làng mẫu smartphone Droid Razr Maxx trang bị pin dung lượng 3.300mAh, cao nhất từng có trong bất kỳ thiết bị di động nào hiện nay trên thị trường, và công bố thời gian sử dụng lên đến 19 giờ. Do đó, để đánh giá khách quan thời gian sử dụng pin smartphone, người ta thường phải thực hiện nhiều bài kiểm tra khác nhau hay sử dụng thực tế một số ứng dụng rồi đưa ra kết luận.

Ngày nay, với sự xuất hiện những model smartphone dùng chip xử lý ngày càng nhiều nhân, màn hình kích thước ngày càng lớn, camera ngày càng nhiều MP, khả năng xử lý đa nhiệm và tích hợp những tính năng thiên về giải trí, dung lượng chuẩn của pin smartphone hiện nay đã trở nên lạc hậu và quá tải.
pin2
Trước đây, người dùng điện thoại tính năng thông thường chỉ sử dụng để nghe hay gọi vài cuộc, gửi vài tin nhắn trong một ngày nên pin của chúng thường có thể kéo dài vài ngày hay thậm chí cả tuần. Từ khi smartphone ra đời với các chức năng hấp dẫn như chụp ảnh, xem phim, nghe nhạc, lướt web, đọc mail, truy cập mạng xã hội… thì đa số người dùng đều dễ bị cuốn hút và pin của thiết bị cũng nhanh chóng bị cạn kiệt.

Nghe nhạc và xem phim trực tuyến thường được cho là những tác vụ “ngốn” pin nhiều nhất. Nhưng việc tải các ứng dụng, đăng hình ảnh hay bình luận lên mạng xã hội cũng nhanh chóng làm hao pin smartphone tương đương. Bên cạnh đó, việc kết nối Wi-Fi và tìm kiếm đường đi qua định vị GPS, cũng như điều chỉnh màn hình quá sáng hay cập nhật các ứng dụng chạy nền đều làm pin smartphone mau hết.

Cấu tạo hóa học còn nhiều điểm hạn chế của loại pin lithium-ion hiện nay cũng là một trong những nguyên nhân làm cho ngành công nghiệp pin di động chậm phát triển. Cấu trúc loại pin cơ bản hiện nay hầu như quá đơn giản nên việc thiết kế lại chúng rõ ràng sẽ là một thử thách lớn. Pin lithium-ion gồm hai cực dương và âm cùng với chất điện phân ở giữa để mang các ion từ cực này sang cực khác nhằm hoàn thành quá trình sạc hay xả.

Cực dương làm bằng than chì mà hầu hết các loại pin lithium-ion hiện sử dụng thường có kích thước lớn để chứa được một lượng lớn điện năng, dẫn đến kích thước của pin cũng sẽ lớn theo. Do đó, các nhà nghiên cứu đang tập trung nghiên cứu phát triển một loại vật liệu ít cồng kềnh hơn để thay thế, chẳng hạn như cực dương làm bằng silicon có thể tăng dung lượng pin lên đến 10 lần. Nhưng có một vấn đề lớn phát sinh là lớp silicon phẳng sẽ hấp thụ rất nhiều ion mà nó thực sự phát triển đáng kể trong suốt quá trình sạc, sau đó co lại trong thời gian xả, tạo nên những áp lực làm cho nó sẽ tự phá hủy rất nhanh chóng.

Nghiên cứu gần đây của Đại học Maryland (Mỹ) nhận thấy rằng, nếu phát triển những hạt silicon tí hon trên một ống nano carbon sẽ cho phép chúng nở ra trong suốt quá trình sạc giống như các bong bóng co giãn mà không bị nứt hay vỡ.

Trong khi đó, cực âm và chất điện phân cũng cần phải có khả năng xử lý quá trình sạc thêm này. Nếu nghiên cứu trên của Đại học Maryland thành công thì sẽ giúp cung cấp một mật độ lưu giữ điện năng được cải thiện lớn cho ngành công nghiệp pin, có thể giúp pin tồn tại lâu hơn gấp 5 lần so với chu kỳ sạc và xả hiện nay.

Một số nghiên cứu khác thì lại tập trung phát triển loại pin lithium-lưu huỳnh, lithium-nước biển và thậm chí còn có dự án chế tạo loại pin lithium-không khí. Mỗi loại hợp chất để chế tạo pin đều có ưu điểm của chúng. Công nghệ nước biển do hãng PolyPlus phát triển có thể cung cấp thời gian dùng pin cao gấp 4 lần so với công nghệ lithium-ion hiện nay. Còn nghiên cứu cực âm bằng không khí giúp pin không chỉ tốt hơn lithium-ion mà còn nhẹ hơn và áp dụng hiệu quả cho các loại xe ôtô điện để cạnh tranh với xe chạy xăng hay dầu.

Nhưng một câu hỏi được đặt ra là tại sao phải mất một thời gian quá lâu như vậy để pin thiết bị di động có thể khắc phục những khuyết điểm. Các hãng sản xuất được cho là vẫn đang nghiên cứu các phương pháp để cải thiện pin smartphone, nhưng dự kiến phải mất từ một đến hai năm nữa thì loại pin có thể đáp ứng yêu cầu của người dùng hiện nay mới có thể được giới thiệu.

Theo các nhà phát triển, để nâng cao dung lượng cho pin smartphone hiện nay có hai phương pháp. Phương pháp thứ nhất thích hợp đối với các mẫu smartphone trang bị pin có thể tháo rời, chẳng hạn như dòng smartphone Galaxy Note của Samsung, vì chỉ cần đơn giản thiết kế loại pin có kích thước lớn hơn. Trong khi đó, phương pháp còn lại có thể áp dụng cho các model điện thoại trang bị loại pin tích hợp không thể tháo rời như HTC One X, Motorola Droid hay iPhone. Loại pin tích hợp này có kích thước khác nhau tùy từng hãng, không tốn thời gian sản xuất bao bì như loại pin tháo rời nhưng lại khó tăng kích thước pin hơn vì sẽ ảnh hưởng đến các thành phần linh kiện khác bên trong máy. Các phương pháp này sẽ giúp tăng lượng điện năng trong mỗi ô của pin. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn đang cố gắng tìm ra một phương pháp triệt để hơn.

Một nhóm các nhà nghiên cứu của công ty Eta Devices tại Massachusetts (Mỹ) đã tìm ra cách giảm mức độ tiêu thụ pin xuống một nửa. Theo nhóm này, một trong những yếu tố gây hao pin smartphone nhiều nhất là bộ khuếch đại dòng điện, một loại chip được dùng để chuyển đổi điện sang tín hiệu vô tuyến và duy trì kết nối của điện thoại với mạng không dây. Các bộ khuếch đại dòng điện tiêu tốn xấp xỉ 65% năng lượng của điện thoại và khiến điện thoại nóng lên khi tải video hoặc tải lên các tập tin dung lượng lớn.

Eta Devices đã thiết kế lại bộ khuếch đại dòng điện bằng cách sử dụng một công nghệ có tên là “asymmetric multilevel outphasing”. Công nghệ này sẽ lựa chọn một cách thông minh điện áp tối thiểu cần thiết để duy trì kết nối, cập nhật thường xuyên 20 triệu lần/ giây để đảm bảo hiệu quả sử dụng pin tốt nhất.

Eta Devices cũng mong muốn tạo ra một loại chip khuếch đại dòng điện để cách mạng hóa hiệu quả việc sử dụng năng lượng trong smartphone. Với việc tăng gấp đôi hiệu quả của các bộ khuếch đại dòng điện, smartphone sẽ giảm một nửa độ hao pin. Ngoài ra, điều này còn tạo điều kiện cho những cải tiến lớn về bộ xử lý và công nghệ màn hình mà hiện tại chưa thực hiện được do cản trở về pin.

Hãy tưởng tượng một chiếc smartphone có pin sạc đầy hoàn toàn chỉ trong 5 phút và có thể dùng liên tục đến 10 giờ trước khi hết cạn. Điều này nghe có vẻ không tưởng ở hiện tại nhưng hoàn toàn hy vọng có thể trở thành sự thật trong một tương lai gần.

PC WORLD


Thông tin liên quan