Tương lai của sạc pin

Những chiếc sạc nhỏ gọn, hiệu quả cao sử dụng vật liệu GaN tràn ngập triển lãm CES tại Mỹ, cho thấy tương lai của sạc GaN đang đến gần.

GaN là viết tắt của Gallium Nitride - một vật liệu bán dẫn mới nổi lên thời gian gần đây - được dự đoán sẽ thay thế cho vật liệu silicon. Trong mảng thiết bị sạc, GaN đã có mặt trên sản phẩm của một số thương hiệu như RAVPower, Anker, HyperJuice với đầy đủ tính năng, nhưng kích thước lại nhỏ, chỉ bằng nửa các loại sạc hiện tại - vốn sử dụng linh kiện bán dẫn silicon.

Mẫu sạc của Anker dùng vật liệu GaN có kích thước nhỏ bằng 40% các sản phẩm cùng tính năng.

Vì sao vật liệu GaN tốt hơn silicon

Gallium Nitride và silicon đều là những vật liệu dùng để tạo các linh kiện bán dẫn. Với vật liệu bán dẫn, chỉ số quan trọng bandgap (năng lượng vùng cấm) tương đối quan trọng, quyết định khả năng dẫn điện của vật liệu. Theo nghiên cứu của GaN Systems, Gallium Nitride có bandgap 3,4 eV, trong khi của silicon chỉ là 1,12 eV. Với sự chênh lệch này, Gallium Nitride có khả năng duy trì điện thế ở mức cao và nhiệt độ cao tốt hơn nhiều lần so với các bán dẫn sử dụng silicon.

"Mức độ hiệu quả trong việc dẫn điện của vật liệu GaN cao hơn 1.000 lần so với silicon, trong khi chi phí sản xuất thấp hơn", EPC - một đơn vị chuyên về năng lượng cho biết.

Silicon là vật liệu chính trong ngành công nghiệp bán dẫn hàng chục năm qua. Sự phát triển của các công nghệ liên quan đến silicon đã góp phần tạo nên định luật Moore nổi tiếng ra đời năm 1965: "Số lượng bóng bán dẫn trên một inch vuông sẽ tăng gấp đôi sau mỗi năm". Câu nói này của nhà sáng lập Intel giải thích việc vi xử lý trên các thiết bị điện tử luôn mạnh hơn sau mỗi năm, trong khi giá thành và kích thước lại có xu hướng nhỏ lại. Tuy nhiên, đến năm 2010, định luật Moore đã không còn chính xác, bởi ngành công nghiệp silicon dường như đã tiệm cận những giới hạn của mình.

Trong khi silicon dần già cỗi, GaN chỉ như một đứa trẻ mới lớn. Loại vật liệu này mới chỉ nổi lên trong những năm 1990 và thực sự được sản xuất mạnh khoảng chục năm trở lại đây. Ở thời kỳ sơ khai, GaN thể hiện được ưu thế của mình so với silicon. Vật liệu này được kỳ vọng sẽ giúp "khởi động lại định luật Moore", tạo nên những bước nhảy vọt trong ngành bán dẫn.

Hai bảng mạch có cùng tính năng, nhưng sản phẩm dùng vật liệu GaN (bên phải) nhỏ hơn 15 lần, tiết kiệm 40% năng lượng. Ảnh: EPC.

Ưu điểm của các bộ sạc GaN

Hiệu suất bandgap cao giúp dòng điện có thể đi qua chip sử dụng vật liệu GaN nhanh. "Hiểu một cách đơn giản, chip xử lý làm bằng GaN sẽ nhanh hơn, nhỏ hơn, tiết kiệm điện hơn so với chip làm bằng silicon", trang HowtoGeek giải thích.

Ứng dụng vào các thiết bị sạc, GaN được cho là sẽ giúp tiết kiệm chi phí sản xuất, từ đó giảm giá thành sản phẩm.

Thực tế, các linh kiện bán dẫn dùng GaN hiện vẫn có mức giá cao hơn so với linh kiện cùng loại dùng silicon. Tuy nhiên, do hiệu quả truyền điện được cải thiện, các linh kiện này sẽ giảm bớt sự phụ thuộc vào những thành phần hỗ trợ, như tản nhiệt, bộ lọc điện, thân vỏ... từ đó giảm bớt các chi phí phát sinh. Theo ước tính của GaN Systems, các nhà sản xuất thiết bị điện tử có thể tiết kiệm 10-20% chi phí nhờ sử dụng vật liệu mới.

Ngoài ra, nhờ các đặc tính của GaN, các thiết bị sạc có thể truyền điện nhanh hơn, khoảng cách truyền dài hơn so với silicon và đặc biệt là giảm đáng kể kích thước.

Mẫu sạc của RAVPower (bên phải) có kích thước nhỏ hơn, nhưng công suất cao gấp đôi sạc của Apple. Ảnh: AppleInsier

RAVPower từng tung ra mẫu sạc Pioneer công suất 61W nhưng nhỏ gọn ngang một chiếc sạc điện thoại. Anker có mẫu PowerPort Atom PD1 công suất 30W và có tính năng sạc nhanh, trong khi kích thước chỉ bằng 40% so với sạc MacBook. Đặc biệt, mức giá của những sản phẩm này cũng chỉ từ 20 đến 30 USD, rẻ hơn so với các dòng sạc chính hãng.

Theo các chuyên gia, GaN đang bước vào giai đoạn phát triển mạnh mẽ. Cáp, sạc dùng GaN được dự đoán sẽ phát triển mạnh năm 2020 và có thể đạt được những bước tiến thần kỳ nếu được các ông lớn như Apple, Samsung ứng dụng trên sản phẩm của họ. 

Lưu Quý