Pin mặt trời công suất cao hướng đến mục tiêu thay thế pin trong các thiết bị điện tử công suất thấp
Tác giả: Brian Kahn
Nguồn: Ambient Photonics
Công nghệ cơ bản đằng sau pin mặt trời của Ambient Photonics đơn giản đến mức nó thường được lắp ráp như một thí nghiệm khoa học ở trường trung học. Trong các phòng thí nghiệm trên khắp Hoa Kỳ, học sinh kẹp sắc tố mạnh của quả mâm xôi đen giữa kính để tạo ra các tế bào nhạy cảm với thuốc nhuộm có khả năng khai thác năng lượng từ mặt trời.
Quy trình của Ambient Photonics mang tính công nghệ cao hơn, với dây chuyền lắp ráp tự động di chuyển các tấm kính có kích thước bằng ô cửa sổ qua một nhà máy sáng bóng ở Scotts Valley, California. Và các tế bào mà họ tạo ra có thể thu đủ năng lượng từ mặt trời để thay thế đồng xu và các loại pin nhỏ khác.
Công ty đang triển khai công nghệ này để cung cấp năng lượng cho những gì mà Tổng giám đốc điều hành Bates Marshall gọi là "vũ trụ rộng lớn" của các thiết bị điện tử công suất thấp, bao gồm điều khiển từ xa, màn hình kệ hàng, cảm biến và bàn phím mới ra mắt của Lenovo Group Ltd.
Trong một thế giới sản xuất ra kỷ lục 62 triệu tấn rác thải điện tử vào năm 2022—năm cuối cùng có dữ liệu—và một loạt các mặt hàng điện tử và cảm biến ngày càng mở rộng trên toàn cầu, việc tìm ra cách giảm việc sử dụng pin tiêu tốn nhiều carbon và tài nguyên chưa bao giờ tuyệt vời đến thế.
Ambient Photonics đã huy động được nguồn tài trợ giúp đưa nhà máy đầu tiên của mình vào hoạt động tại Scotts Valley, California, ngay bên kia dãy núi từ Thung lũng Silicon, nơi trước đây là một cơ sở sản xuất phụ tùng xe đạp leo núi và xe thể thao.
Giờ đây, công ty này sản xuất ra các tế bào quang điện nhạy sáng. Mặc dù chúng thực hiện cùng một chức năng như các tấm pin quang điện silicon trên mái nhà—chuyển đổi photon thành năng lượng—nhưng các tấm pin này dựa vào một quy trình và vật liệu khác. Họ sử dụng thuốc nhuộm được xử lý bằng hỗn hợp phân tử độc đáo được đặt giữa hai tấm kính mỏng để thu các photon.
Quá trình này tương tự như quang hợp, với thuốc nhuộm hoạt động như chất diệp lục. Khi photon chiếu vào, các electron được giải phóng và truyền qua một tấm kính được phủ một vật liệu dẫn điện. Marshall cho biết những vật liệu đó và các vật liệu khác "được phát minh tại phòng thí nghiệm của chúng tôi" để tối đa hóa hiệu quả thu năng lượng, cho phép các ô hoạt động trong điều kiện ánh sáng yếu hơn so với các tấm pin ngoài trời tiêu chuẩn.
Trong khi vào những năm 1980, các thiết bị điện tử nhỏ như máy tính bỏ túi dựa vào các tế bào năng lượng mặt trời, thì chúng lại cực kỳ kém hiệu quả. Phiên bản của Ambient Photonics thu được năng lượng gấp ba lần. Điều đó cho phép ứng dụng rộng hơn, bao gồm các mặt hàng lớn như bàn phím như của Lenovo. Nhà sản xuất máy tính xách tay và thiết bị điện tử của Trung Quốc từ chối cung cấp thông tin chi tiết cụ thể về bàn phím hoặc mối quan hệ của nó với Ambient Photonics.
Marshall cho biết mục tiêu của Ambient Photonics là phù hợp với giá của công nghệ pin hiện có. Ông cho biết "Bạn phải tương thích với thực tế kinh tế", mặc dù ông từ chối đi vào chi tiết.
Một lĩnh vực mà các cell nhạy cảm với thuốc nhuộm có thể vượt trội hơn pin là dấu chân môi trường của chúng. Marshall cho biết công ty đã ủy quyền đánh giá vòng đời bên ngoài, phát hiện ra rằng các cell thải ra ít hơn 90% carbon dioxide trên mỗi đơn vị năng lượng mà chúng tạo ra so với pin.
Nhưng trong khi các cell nhạy cảm với thuốc nhuộm tạo ra lượng khí thải thấp hơn pin trên mỗi đơn vị điện năng tạo ra, đôi khi chúng cũng có thể yêu cầu phần cứng bổ sung. Những thành phần bổ sung đó có thể "có dấu chân môi trường cao trong quá trình sản xuất, xét về lượng carbon và cả lượng tiêu thụ nguyên liệu thô/khoáng chất quan trọng", Mahmoud Wagih, một nhà nghiên cứu điện tử xanh tại Đại học Glasgow, đã viết trong một email.
Tuy nhiên, những cell này có thể giảm lượng khí thải theo những cách khác, chẳng hạn như bằng cách loại bỏ nhu cầu thay thế pin đã qua sử dụng. Việc cắt giảm hoạt động bảo trì đó—bao gồm cả việc vận chuyển pin và cử người đến lắp đặt chúng—sẽ làm giảm "dấu chân không được chú ý" của các thiết bị, Wagih cho biết. "Chi phí carbon thực sự của thiết bị điện tử chạy bằng pin nằm ở khâu hậu cần thay thế pin trong một số trường hợp".
Vì nó tồn tại lâu hơn nhiều so với pin thông thường, công nghệ này cũng có thể mở ra một thị trường mới cho các cảm biến và thiết bị kết nối với internet và cải thiện các quy trình như hoạt động của nhà máy. "Đặc biệt là trong các ứng dụng thương mại và công nghiệp, pin thực sự đang kìm hãm sự tăng trưởng của thị trường vì chi phí thay thế tất cả các loại pin đó rất cao", Marshall cho biết.
Đối với các mặt hàng như điện thoại và máy tính xách tay, các cell pin không tạo ra đủ năng lượng để có thể thay thế pin. Nhưng tại nhà máy, Marshall đã trưng bày các nguyên mẫu chuột, điều khiển từ xa và màn hình kỹ thuật số nhỏ cho các mặt hàng trong cửa hàng tạp hóa mà ông gọi là "nguyên mẫu vô địch" được thiết kế để khơi dậy trí tưởng tượng của những người mua tiềm năng về cách sử dụng các cell nhạy cảm với thuốc nhuộm.
Ambient Photonics sản xuất các cell pin tại Hoa Kỳ, nhưng trong nhiều trường hợp, chúng sẽ xuất hiện trong các mặt hàng điện tử được sản xuất tại Châu Á, đặc biệt là Trung Quốc.
Điều đó có thể gây ra vấn đề sau cuộc chiến thương mại do Tổng thống Donald Trump gây ra. Sau khi ông áp thuế 145% đối với Trung Quốc, quốc gia này đã đáp trả bằng mức thuế 125% đối với hàng hóa của Mỹ và cảnh báo quốc gia
cố gắng thực hiện các thỏa thuận với Hoa Kỳ.
Trump đã tạo ra một miễn trừ cho các thiết bị điện tử tiêu dùng, mặc dù chính quyền của ông cho biết đó chỉ là tạm thời. Thời gian cũng đang trôi qua trong thời gian ân xá 90 ngày mà Trump đã cấp cho các quốc gia khác, bao gồm các nhà sản xuất thiết bị điện tử lớn như Nhật Bản và Hàn Quốc.
"Thật khó để lập kế hoạch khi mọi thứ đang thay đổi quá nhanh", Marshall cho biết. Thay vì cố gắng dự đoán hướng đi của chính trị, công ty đã quyết định xây dựng nhà máy tại California, nơi các kỹ sư và chuyên gia của công ty có thể hợp lý hóa tự động hóa để giảm chi phí sản xuất, ông cho biết.
Ông cho biết ngoài việc giảm rủi ro về bất ổn chính trị, việc tập trung toàn bộ sự chú ý của công ty vào nhà máy đầu tiên sẽ giúp công ty đảm bảo các nhà máy trong tương lai có thể được xây dựng ở bất cứ đâu và về cơ bản là cắm và chạy. Marshall cho biết Ambient Photonics muốn xây dựng một nhà máy thứ hai, lý tưởng nhất là ngay bên cạnh vì có chuyên môn tại địa phương và công ty đã nộp đơn xin vay vốn từ Bộ Năng lượng để xây dựng một "siêu nhà máy", một cơ sở công nghệ cao lớn hơn nhiều so với hoạt động hiện tại của công ty.
Tuy nhiên, văn phòng phát hành các khoản vay đó đã ngừng hoạt động trong nhiệm kỳ đầu tiên của Trump và vẫn chưa rõ liệu họ có phát hành các khoản vay mới trong nhiệm kỳ thứ hai của ông hay không sau khi đã rất tích cực dưới thời cựu Tổng thống Joe Biden.
Hiện tại, Ambient Photonics cho biết họ vẫn còn nhiều cơ hội để phát triển từ nhà máy hiện tại. Họ đang hoàn thiện các khâu tự động hóa cuối cùng và sản lượng sẽ tăng lên hàng trăm nghìn cell mỗi tháng trong năm nay với mục tiêu là hàng triệu cell vào năm 2026. Công ty cũng đang tìm cách huy động vốn vòng B.
Marshall cho biết công ty khởi nghiệp này đã gửi lô hàng đầu tiên của mình đến Lenovo như một phần của khối lượng mà ông gọi là "mức sản xuất hàng loạt" và "cho ba hoặc bốn khách hàng lớn khác" mà ông từ chối nêu tên. "Đây thực sự là năm ra mắt của chúng tôi."
