Đột phá pin mới giúp điện thoại mát hơn và kéo dài tuổi thọ

Điện thoại, xe điện và nhiều thiết bị điện tử vốn dễ bị nóng có thể sắp sở hữu một “vũ khí” mới để giữ nhiệt độ ổn định. Các kỹ sư tại Đại học Houston vừa phát triển một kỹ thuật quản lý nhiệt hoàn toàn mới, hoạt động giống như một “đi-ốt nhiệt”, cho phép nhiệt chỉ truyền theo một chiều nhất định. Đột phá này dựa trên khái niệm gọi là chỉnh lưu nhiệt (thermal rectification), do giáo sư Bo Zhao – giảng viên kỹ thuật từng đoạt nhiều giải thưởng tại Cullen College of Engineering – cùng tiến sĩ Sina Jafari Ghalekohneh phát triển.

Theo công bố trên tạp chí Physical Review Research, công nghệ này về lý thuyết có thể giúp thiết bị điện tử kiểm soát tốt hơn các điểm nóng, từ đó kéo dài tuổi thọ pin và hạn chế tình trạng quá nhiệt.

Hiện nay, smartphone và các thiết bị di động thường gặp khó khăn với nhiệt lượng do các vật liệu truyền thống cho phép nhiệt năng lan tỏa theo mọi hướng. Điều này khiến nhiệt sinh ra từ pin hoặc bộ xử lý có thể bị giữ lại bên trong, thậm chí quay ngược trở lại các linh kiện quan trọng, dẫn tới nhiệt độ cao, hiệu năng giảm và pin nhanh xuống cấp. Thiết kế “đi-ốt nhiệt” mới thay đổi hoàn toàn cơ chế này, bằng cách đẩy nhiệt đi theo một hướng nhất định và ngăn không cho nhiệt quay trở lại, mang đến cho các kỹ sư một phương pháp chính xác hơn để điều tiết nhiệt độ bên trong thiết bị.

Về nguyên lý hoạt động, nhóm nghiên cứu không sử dụng các vật liệu thông thường mà tạo ra những cấu trúc bán dẫn đặt trong từ trường. Cách sắp xếp này làm thay đổi cách năng lượng di chuyển ở cấp độ vi mô, từ đó hình thành một “đường một chiều” cho nhiệt – tương tự như cách một đi-ốt điện chỉ cho dòng điện đi theo một hướng. Nhờ đó, nhiệt được dẫn ra khỏi các khu vực nhạy cảm và không thể lan ngược trở lại.

Việc kiểm soát dòng nhiệt bức xạ theo cách này mở ra một hướng tiếp cận hoàn toàn mới cho bài toán quản lý nhiệt. Công nghệ không chỉ giúp giảm nguy cơ quá nhiệt trên điện thoại, mà còn có tiềm năng ứng dụng cho xe điện, vệ tinh hay thậm chí các hệ thống AI hiệu năng cao – những nơi nhiệt tích tụ luôn là thách thức lớn trong thiết kế. Trước đây, quá nhiệt thường là yếu tố giới hạn tuổi thọ pin và độ bền của thiết bị, thậm chí nhiệt độ cao còn đẩy nhanh quá trình xuống cấp của pin. Với “đi-ốt nhiệt”, các linh kiện quan trọng có thể được giữ ở mức nhiệt an toàn ngay cả khi hoạt động nặng hoặc trong môi trường nóng.

Ở thời điểm hiện tại, công nghệ đi-ốt nhiệt này chủ yếu mới tồn tại dưới dạng mô hình và mô phỏng trên máy tính. Các nhà nghiên cứu đang tiếp tục chế tạo nguyên mẫu thực tế để chứng minh hiệu quả ngoài phòng thí nghiệm. Nếu kết quả đúng như kỳ vọng, công nghệ này có thể giúp thiết bị mát hơn và an toàn hơn bằng cách chủ động dẫn nhiệt ra xa các bộ phận nhạy cảm, qua đó cải thiện độ tin cậy và thời lượng pin. Không chỉ smartphone được hưởng lợi, mà cả xe điện, vệ tinh và nhiều hệ thống điện tử khác vốn thường xuyên đối mặt với tình trạng quá nhiệt. Dù có thể mất thêm vài năm để xuất hiện trên các sản phẩm thương mại, đột phá này vẫn mang đến một hướng đi đầy hứa hẹn cho một trong những vấn đề dai dẳng nhất của công nghệ hiện đại: nhiệt dư thừa.