Tìm hiểu pin thiết bị di động

Dung lượng pin càng lớn, thời lượng sử dụng pin càng dài. Tuy vậy, thời lượng sử dụng pin thực tế của một thiết bị di động còn tùy thuộc vào nhiều yếu tố - khiến những con số biểu thị dung lượng này chỉ mang ý nghĩa tương đối.

Trong hầu hết mọi thiết bị đi động, pin là một thành phần không thể thiếu, cung cấp năng lượng điện để các thiết bị này hoạt động. Hầu hết các thiết bị di động ngày nay đều sử dụng pin Lithium hay đôi khi còn được gọi là pin Li-ion.

Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

Các loại pin Lithium cơ bản cũng được cấu thành bởi 2 thành phần chính bên trong gồm một cặp điện cực và chất điện phân giữa 2 điện cực này. Vật liệu được dùng làm điện cực khá đa dạng, từ than chì, Lithium cho đến các sợi nano (nanowire); nhưng nhìn chung phổ biến nhất vẫn là Lithium vì thành phần kim loại này có khả năng điện hóa học cao.

Tuy nhiên, trong tự nhiên, Lithium không có ở dạng đơn chất; và tương tự như các kim loại kiềm khác, nó rất dễ phản ứng với nước gây cháy. Vì vậy, để an toàn hơn cho người dùng, hầu hết pin đều sử dụng thành phần hỗn hợp Lithium và Coban làm điện cực. Chất điện phân sử dụng trong pin Lithium thường là những chất dung môi hữu
cơ để các electron (điện tử) có thể di chuyển giữa 2 điện cực.

Hầu hết các thiết bị di động ngày nay đều sử dụng pin Lithium hay đôi khi còn được gọi là pin Li-ion.
(Ảnh: PCWorld).

Khi pin Lithium được sạc, các phần tử Lithium Coban oxit sẽ lưu giữ đầy các electron. Một khi người dùng sử dụng pin để cấp nguồn cho các thiết bị di động, các electron này sẽ được giải phóng sinh ra năng lượng điện nuôi thiết bị đó.

Ngày nay, sở dĩ pin Lithium trở nên phổ biến hơn trong các thiết bị di động chính vì khả năng lưu điện hiệu quả trong khi kích thước lại rất gọn nhẹ - hiệu quả hơn nhiều so với loại pin NiMH (nickel-metal hydride) hay pin NiCd (nickel cadmium) từng rất phổ biến trước đây. Nói cách khác, pin Lithium nhỏ và nhẹ hơn, nhưng có khả năng cung cấp năng lượng nhiều hơn các loại pin thông thường.

Dung lượng pin

Dung lượng pin được đo đạc và tính toán bằng đơn vị mAh (miliamper-hour). Con số biểu thị dung lượng pin có ý nghĩa thông báo cho người dùng biết lượng điện năng mà pin có thể sản sinh trong một khoảng thời gian xác định. Ví dụ, nếu dung lượng pin có giá trị là 1.000 mAh, pin có thể sản sinh ra một năng lượng điện ở mức 1.000 mA (miliamper) cho một giờ liền. Nếu thiết bị của người dùng chỉ cần một nguồn năng lượng ở mức 500 mA, lúc này thời lượng pin sẽ tăng lên đến 2 giờ sử dụng trước khi pin hoàn toàn cạn kiệt.

Tuy vậy, thời lượng sử dụng pin thực tế của một thiết bị di động còn tùy thuộc rất nhiều vào yếu tố - khiến những con số biểu thị dung lượng này chỉ mang ý nghĩa tương đối. Cụ thể, nếu màn hình thiết bị di động của bạn luôn mở với độ sáng cao, sóng vô tuyến liên tục được tuyền và nhận và bộ xử lý phải hoạt động hết công suất, lẽ đương nhiên là năng lượng pin hơn sẽ tiêu tốn nhiều hơn khi sử dụng bình thường.

Các hãng sản xuất thiết bị di động cũng hiểu rõ điều này và họ thường chọn giải pháp giảm độ sáng màn hình hay tinh chỉnh một vài thành phần nào đó trong thiết bị di động của mình. Nhưng nếu vẫn cảm thấy nhức nhối với việc hao tốn pin khi sử dụng, bạn có thể chọn những ứng dụng quản lý pin của hãng thứ 3 như Battery Monitor Widget (Android) hay Battery Life Pro (iOS).

Tuy có nhiều ưu điểm hơn các loại pin sạc khác, nhưng pin Lithium lại có nhược điểm là dễ cháy nổ khi dòng điện ra vào quá nhanh. Chính vì điều này mà việc sạc pin cần phải được kiểm soát nghiêm ngặt. Các nhà sản xuất pin đã tích hợp thêm vào bộ sạc pin một mạch điều khiển nhằm kiểm soát cường độ dòng điện đưa vào pin tương ứng với từng mức dung lượng cụ thể khi sạc. Bên cạnh đó, mỗi viên pin cũng sẽ được đóng gói thêm một mạch xử lý nhỏ nhằm ngăn chặn tình trạng xả sạc quá nhanh hay khi dung lượng pin xuống thấp quá mức quy định. Mạch này còn có tác dụng điều hòa dòng điện đi vào pin trong suốt quá trình sạc, hạ thấp cường độ dòng điện vào pin khi dung lượng pin gần đầy để tránh tình trạng sạc quá tải.

Để hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động này, bạn có thể quan sát biểu đồ bên dưới mô tả quá trình sạc pin của chiếc smartphone Samsung Galaxy Note do một nhóm thử nghiệm viên của PCWorld Mỹ thực hiện.

Từ những dữ liệu hiển thị trên biểu đồ này, có thể thấy rõ điện áp vào pin luôn ở mức cao nhất khi mới bắt đầu quá trình sạc (các đỉnh nhọn của biểu đồ). Càng về sau, thời gian sạc pin càng lâu hơn do mạch điều khiển hạ mức điện áp đầu vào để bảo vệ pin không bị sạc quá tải.

Các công nghệ pin tương lai

Ngày nay, công nghệ chế tạo pin vẫn không ngừng phát triển. Các phòng nghiên cứu trên khắp thế giới vẫn đang ngày đêm hoạt động để tìm ra một công nghệ mới thay thế cho pin Lithium hiện tại. Một trong số các công nghệ mới đang được nghiên cứu này đã hướng đến việc sử dụng các siêu tụ điện tương tự như các loại đèn flash máy ảnh. Tuy các siêu tụ điện này có thời gian sạc tốc độ, nhưng hiện tại, các loại pin này vẫn có thời lượng sử dụng khá thấp nên vẫn chưa thật phù hợp cho nhu cầu sử dụng di động.

Pin nhiên liệu Nectar. (Ảnh: PCWorld).

Trong tương lai, có thể các loại pin nhiên liệu sử dụng hydrogen để sản sinh ra năng lượng điện sẽ sớm xuất hiện trên các thiết bị di động. Trong triển lãm CES hồi đầu năm, Nectar đã công bố một loại pin nhiên liệu giá chỉ 10 USD nhưng có thời lượng sử dụng lên đến 2 tuần. Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất của pin nhiên liệu vẫn là kích thước khá cồng kềnh, nên vẫn chưa thể hoàn toàn thay thế cho các loại pin Lithium hiện nay.

Các nhà khoa học tại Đại học Stanford University cũng đang nghiên cứu một loại pin mới sử dụng công nghệ nano mới có mật độ dòng điện cao gấp 5 lần pin Lithium và tuổi thọ cũng được cải thiện hơn nhiều. Tuy nhiên, dự kiến phải vài năm nữa những mẫu pin công nghệ mới này mới được thương mại hóa.