Nếu bạn chưa biết, thì chỉ cần đưa S-Pen vào khe cắm trên Note 9 trong vòng 40 giây, nó sẽ được sạc đủ để xài trong vòng 30 phút, do đó thời lượng pin có lẽ chẳng phải là một vấn đề đáng lo ngại trên chiếc bút mới này. Nhưng chính xác thì công nghệ này hoạt động ra sao? Và liệu siêu tụ điện có thể được ứng dụng trong loại sản phẩm nào nữa?
Siêu tụ điện (supercapacitor/ultracapacitor) trữ năng lượng và đôi lúc được xem là đối lập với pin. Pin có thể giữ một lượng năng lượng vừa phải nhưng sạc lâu. Trong khi đó siêu tụ điện sạc nhanh đến nỗi có cảm giác gần như ngay lập tức, chỉ vài dây hoặc vài phút, so với vài giờ khi sạc pin. Nhưng chúng chỉ trữ được một lượng năng lượng cực nhỏ. Hãy tưởng tượng bạn bị sốc tĩnh điện: nó diễn ra rất nhanh, nhưng chỉ sốc một chút mà thôi.
Siêu tụ điện hoạt động tương tự các tụ điện thông thường – bằng cách tích lũy điện tích trên bề mặt – nhưng ở một quy mô lớn hơn. Chúng gồm 2 tấm kim loại, một tấm với điện tích dương và một tấm với điện tích âm. Những tấm kim loại này được bao quanh bởi một dung dịch gồm các ion dương và âm, vốn bám vào các tấm trong quá trình sạc để mang lại điện năng. Có nghĩa là lượng điện năng mà các siêu tự điện trữ phụ thuộc nhiều vào kích cỡ các tấm kim loại – cực kỳ bất lợi khi mà chúng ta ngày càng muốn các thiết bị điện tử trở nên nhỏ hơn. Nhưng chúng có một lợi thế lớn khác: bạn có thể sạc chúng hàng ngàn chu kỳ mà không khiến siêu tụ điện bị chai như pin lithium-ion.
Vì được trang bị những tính năng này, nên bút S-Pen của Samsung được xem là một “sự phát triển tốt”. Về lý thuyết, bạn thường sử dụng bút cảm ứng nếu sở hữu một chiếc Note, do đó tính năng sạc nhanh là rất hữu ích. Thêm nữa, bút cảm ứng cần được sạc đi sạc lại liên tục và có thể gây chai pin nếu sử dụng pin thường thay vì siêu tụ điện.
“Siêu tụ điện sẽ tồn tại lâu hơn cả chiếc điện thoại nữa” – Gogotsi, chuyên gia siêu tụ điện tại Đại học Drexel cho biết – “Và phần lớn mọi người sẽ…đánh mất cây bút đó từ trước khi điều đó xảy ra (siêu tụ điện bị xuống cấp)“.
Khi nghiên cứu về việc lưu trữ năng lượng, pin nhận được nhiều sự quan tâm và tài trợ nhất, nhưng các nhà khoa học vẫn đang cố tìm cách để biến các siêu tụ điện lưu trữ được nhiều điện năng hơn nữa. Một hướng đi khả thi là sử dụng các vật liệu có tiềm năng lưu trữ được nhiều điện năng hơn, như Graphene chẳng hạn. Nhóm của Gogotsi đang phát triển một vật liệu tiềm năng khác gọi là cacbua chuyển đổi kim loại. Các nhà khoa học khác lại đang cố kết hợp pin và siêu tụ điện.
Trên xe hơi điện, siêu tụ điện cũng được quan tâm đặc biệt, và CEO Tesla Elon Musk từng nói rằng siêu tụ điện – không phải pin – sẽ là công nghệ thực sự làm thay đổi cả ngành công nghiệp. Quả thực, tại Thượng Hải hiện đã có một mạng lưới các xe bus chạy bằng siêu tụ điện, gọi là “capa bus”. Tại mỗi trạm dừng, xe bus sẽ sạc siêu tụ điện và nó cho phép xe có đủ năng lượng để chạy khoảng 10-15 phút đến trạm dừng tiếp theo.
Dù vậy, khả năng chúng ta thấy những chiếc xe hơi chỉ sử dụng duy nhất các siêu tụ điện là khá khó xảy ra. Bởi nó sẽ cần một hệ thống cơ sở hạ tầng rất rộng lớn để các xe hơi này có thể hoạt động được trong thành phố, và đối với những xe hơi điện cần chạy hàng trăm dặm sau mỗi lần sạc, siêu tụ điện vẫn là một thứ xa vời.
Nhưng siêu tụ điện có thể được sử dụng cùng với pin để giúp quá trình dao động điện năng trở nên bớt đột ngột hơn. Bên cạnh đó, pin sẽ bị hỏng khi sạc và xả nhanh – như dừng và khởi động tại đèn giao thông vậy. Nếu các hãng sản xuất xe hơi có thể kết hợp pin với siêu tự điện, siêu tụ điện sẽ đảm nhiệm quá trình khởi động và tắt máy đó. Nó sẽ cấp năng lượng rất nhanh, giảm chai pin và kéo dài thời lượng của chính viên pin đó.
Cuối cùng, để siêu tụ điện có thể đạt được những kỳ vọng lớn lao đó, chúng ta cần đầu tư nhiều hơn vào nghiên cứu. “Đã và đang có một sự bùng nổ các nghiên cứu về pin, nhưng phải đến vài năm gần đây, siêu tụ điện mới được nghiên cứu nhiều hơn. Các siêu tụ điện là một thử thách về mặt vật liệu, và chúng ta sẽ cần thêm những hiểu biết nền tảng (để giải quyết được những thách thức đó)“.
Tham khảo: TheVerge Chiếc S-Pen của Samsung sử dụng siêu tụ điện để cung cấp năng lượng, điều này có nghĩa là gì?
Siêu tụ điện (supercapacitor/ultracapacitor) trữ năng lượng và đôi lúc được xem là đối lập với pin. Pin có thể giữ một lượng năng lượng vừa phải nhưng sạc lâu. Trong khi đó siêu tụ điện sạc nhanh đến nỗi có cảm giác gần như ngay lập tức, chỉ vài dây hoặc vài phút, so với vài giờ khi sạc pin. Nhưng chúng chỉ trữ được một lượng năng lượng cực nhỏ. Hãy tưởng tượng bạn bị sốc tĩnh điện: nó diễn ra rất nhanh, nhưng chỉ sốc một chút mà thôi.
Siêu tụ điện hoạt động tương tự các tụ điện thông thường – bằng cách tích lũy điện tích trên bề mặt – nhưng ở một quy mô lớn hơn. Chúng gồm 2 tấm kim loại, một tấm với điện tích dương và một tấm với điện tích âm. Những tấm kim loại này được bao quanh bởi một dung dịch gồm các ion dương và âm, vốn bám vào các tấm trong quá trình sạc để mang lại điện năng. Có nghĩa là lượng điện năng mà các siêu tự điện trữ phụ thuộc nhiều vào kích cỡ các tấm kim loại – cực kỳ bất lợi khi mà chúng ta ngày càng muốn các thiết bị điện tử trở nên nhỏ hơn. Nhưng chúng có một lợi thế lớn khác: bạn có thể sạc chúng hàng ngàn chu kỳ mà không khiến siêu tụ điện bị chai như pin lithium-ion.
Vì được trang bị những tính năng này, nên bút S-Pen của Samsung được xem là một “sự phát triển tốt”. Về lý thuyết, bạn thường sử dụng bút cảm ứng nếu sở hữu một chiếc Note, do đó tính năng sạc nhanh là rất hữu ích. Thêm nữa, bút cảm ứng cần được sạc đi sạc lại liên tục và có thể gây chai pin nếu sử dụng pin thường thay vì siêu tụ điện.
“Siêu tụ điện sẽ tồn tại lâu hơn cả chiếc điện thoại nữa” – Gogotsi, chuyên gia siêu tụ điện tại Đại học Drexel cho biết – “Và phần lớn mọi người sẽ…đánh mất cây bút đó từ trước khi điều đó xảy ra (siêu tụ điện bị xuống cấp)“.
Khi nghiên cứu về việc lưu trữ năng lượng, pin nhận được nhiều sự quan tâm và tài trợ nhất, nhưng các nhà khoa học vẫn đang cố tìm cách để biến các siêu tụ điện lưu trữ được nhiều điện năng hơn nữa. Một hướng đi khả thi là sử dụng các vật liệu có tiềm năng lưu trữ được nhiều điện năng hơn, như Graphene chẳng hạn. Nhóm của Gogotsi đang phát triển một vật liệu tiềm năng khác gọi là cacbua chuyển đổi kim loại. Các nhà khoa học khác lại đang cố kết hợp pin và siêu tụ điện.
Trên xe hơi điện, siêu tụ điện cũng được quan tâm đặc biệt, và CEO Tesla Elon Musk từng nói rằng siêu tụ điện – không phải pin – sẽ là công nghệ thực sự làm thay đổi cả ngành công nghiệp. Quả thực, tại Thượng Hải hiện đã có một mạng lưới các xe bus chạy bằng siêu tụ điện, gọi là “capa bus”. Tại mỗi trạm dừng, xe bus sẽ sạc siêu tụ điện và nó cho phép xe có đủ năng lượng để chạy khoảng 10-15 phút đến trạm dừng tiếp theo.
Dù vậy, khả năng chúng ta thấy những chiếc xe hơi chỉ sử dụng duy nhất các siêu tụ điện là khá khó xảy ra. Bởi nó sẽ cần một hệ thống cơ sở hạ tầng rất rộng lớn để các xe hơi này có thể hoạt động được trong thành phố, và đối với những xe hơi điện cần chạy hàng trăm dặm sau mỗi lần sạc, siêu tụ điện vẫn là một thứ xa vời.
Nhưng siêu tụ điện có thể được sử dụng cùng với pin để giúp quá trình dao động điện năng trở nên bớt đột ngột hơn. Bên cạnh đó, pin sẽ bị hỏng khi sạc và xả nhanh – như dừng và khởi động tại đèn giao thông vậy. Nếu các hãng sản xuất xe hơi có thể kết hợp pin với siêu tự điện, siêu tụ điện sẽ đảm nhiệm quá trình khởi động và tắt máy đó. Nó sẽ cấp năng lượng rất nhanh, giảm chai pin và kéo dài thời lượng của chính viên pin đó.
Cuối cùng, để siêu tụ điện có thể đạt được những kỳ vọng lớn lao đó, chúng ta cần đầu tư nhiều hơn vào nghiên cứu. “Đã và đang có một sự bùng nổ các nghiên cứu về pin, nhưng phải đến vài năm gần đây, siêu tụ điện mới được nghiên cứu nhiều hơn. Các siêu tụ điện là một thử thách về mặt vật liệu, và chúng ta sẽ cần thêm những hiểu biết nền tảng (để giải quyết được những thách thức đó)“.
Tham khảo: TheVerge Chiếc S-Pen của Samsung sử dụng siêu tụ điện để cung cấp năng lượng, điều này có nghĩa là gì?