Tại sao GaNPrime™ là công nghệ của tương lai
Thật khó để nghĩ có ngành công nghiệp nào khác đã phát triển nhanh chóng, nhất quán và đáng kể hơn điện tử tiêu dùng. Kể từ khi electron đầu tiên chạy qua công tắc nguồn, chúng ta đã chứng kiến hết đổi mới này đến đổi mới khác qua nhiều thế hệ trong các thiết bị đã giúp xác định và ảnh hưởng đến cuộc sống hiện đại của chúng ta.
Định luật Moore dự đoán rằng số lượng bóng bán dẫn trên một vi mạch sẽ tăng gấp đôi cứ sau hai năm, trong khi chi phí sẽ đồng thời giảm một nửa. Về cơ bản, thiết bị điện tử sẽ tiếp tục trở nên mạnh mẽ hơn, nhỏ gọn hơn và tiết kiệm chi phí hơn theo thời gian. Và điều đó phần lớn đã xảy ra kể từ khi quan sát được đưa ra vào năm 1965. Nghĩa là cho đến khoảng thập kỷ qua.
Sự phát triển ổn định của ngành điện tử cuối cùng đã gặp phải trở ngại và những đổi mới đã chậm lại đáng kể. Ngay cả bản thân Moore cũng tin rằng định luật của ông sẽ trở nên lỗi thời trong vòng vài năm tới. Nhưng thủ phạm không hẳn là thiếu ý tưởng. Đó là bảng tuần hoàn.
Silicon, nguyên tố nổi tiếng được tìm thấy trong hầu hết các bảng mạch và bóng bán dẫn, đã đạt đến giới hạn sử dụng. Ngành công nghiệp đòi hỏi những con chip nhỏ hơn và hiệu suất cao hơn, và silicon không thể chịu nhiệt được nữa (theo nghĩa đen). Vậy giải pháp là gì? Vật liệu kỳ diệu nào có thể đi vào hiện trường, đổi chỗ cho silicon và khởi động lại dòng chảy của Định luật Moore?
Câu trả lời là GaN.
Gallium nitride (GaN) là một hợp chất gần đây được ưa chuộng trong các bóng bán dẫn vì mật độ năng lượng cao và khả năng hoạt động ở nhiệt độ và điện áp cao. Mặc dù vẫn chưa soán ngôi silicon (Si) với tư cách là chất bán dẫn được sử dụng phổ biến nhất, nhưng GaN có tiềm năng cách mạng hóa hiệu suất và sản xuất thiết bị điện tử tiêu dùng.
Có thể bạn đã quen thuộc với GaN nhưng không nhận ra điều đó. Trong đầu phát Blu-ray, GaN tạo ra ánh sáng xanh đặc trưng để đọc dữ liệu từ đĩa. Ứng dụng của nó trong việc phát triển đèn LED trắng, được sử dụng chủ yếu trong chiếu sáng trong nhà và TV màn hình phẳng, đã giành giải Nobel Vật lý năm 2014. GaN cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô, hàng không vũ trụ và quân sự. Đó là một vấn đề khá lớn.
Tất nhiên, GaN cũng nắm giữ những lợi thế đáng kể về khả năng cung cấp năng lượng – một thực tế là Anker rất háo hức khám phá bộ sạc của mình.
Anker GaNPrime™: Người tiên phong về công nghệ sạc GaN
Năm 2018, Anker đã phát hành PowerPort III Atom: bộ sạc đầu tiên tích hợp công nghệ GaN độc quyền của chúng tôi, GaNPrime™. Với kích thước mỏng hơn, cung cấp năng lượng hiệu quả hơn và tạo ra ít nhiệt hơn, PowerPort III Atom báo hiệu một khởi đầu mới đầy hứa hẹn cho các thiết bị sạc. GaNPrime™ là bản nâng cấp mà thiết bị điện tử cần để có một tương lai nhanh hơn, xanh hơn.
Là một trong những công ty sớm nhất áp dụng GaN vào các sản phẩm sạc tiêu dùng và giúp phổ biến công nghệ này, Anker tiếp tục cống hiến nghiên cứu và phát triển để mở rộng việc sử dụng GaNPrime™ nhằm tạo ra một thế giới thông minh hơn và có ý thức sinh thái hơn. Trong bốn năm qua, các kỹ sư của Anker đã làm việc chăm chỉ để đạt được kết quả tương tự về hiệu quả và tuổi thọ sản phẩm – chỉ có điều lần này không phải với bộ sạc di động bỏ túi mà với nguồn điện di động có thể xử lý mọi thứ ở nhà hoặc ngoài trời.
Sự xuất hiện của Anker PowerHouse 767 đánh dấu trạm phát điện di động cực kỳ hiệu quả đầu tiên trên thế giới được hỗ trợ bởi công nghệ GaNPrime™. Đây là một sự thay đổi địa chấn theo hướng sử dụng năng lượng di động, một sự thay đổi sẽ gây ra những ảnh hưởng từ hiện tại đến tương lai. Để hiểu đầy đủ về tác động của nó, hãy cùng khám phá những hạn chế hiện tại của việc cung cấp năng lượng - và cách GaN đưa ra giải pháp.
Tìm kiếm một bóng bán dẫn tốt hơn
Từ khi có điện, các kỹ sư điện đã không mệt mỏi theo đuổi giải pháp cung cấp mang lại hiệu quả hoàn hảo – một dây dẫn không bị tổn thất năng lượng.
Đầu tiên là ống chân không. Mặc dù đây là một thành tựu mang tính bước ngoặt nhưng hiệu quả kém, chi phí sản xuất cao và lượng nhiệt tỏa ra lớn đã nhanh chóng bộc lộ những hạn chế của công nghệ. Mặc dù vẫn được những người đam mê thiết bị âm nhạc cổ điển yêu thích nhưng tính thực tế của ống chân không đã giảm dần kể từ đó.
Tiếp theo là bóng bán dẫn: nền tảng của mọi hoạt động cung cấp điện tiếp theo. Germanium trong thời gian ngắn là nguyên tố được lựa chọn cho công nghệ hiệu quả hơn này, trước khi silicon ổn định hơn thay thế nó. Và phần còn lại là lịch sử.
Nhưng silicon có thực sự là chất bán dẫn lý tưởng? Liệu nó có đạt được “hiệu quả hoàn hảo” mà các kỹ sư mong muốn không? Mặc dù khám phá trong mơ này có thể vẫn còn xa vời nhưng gali nitrit vẫn là một ứng cử viên tiềm năng đáng để khám phá. Hãy xem tại sao.
Transitor hoạt động như thế nào
Để dòng điện chạy được, trước tiên chúng ta phải có vật liệu có khả năng dẫn điện.
Một dây dẫn thực sự, chẳng hạn như đồng, cho phép dòng điện chạy qua nó một cách tự do. Mặt khác, chất cách điện như nhựa không cho phép dòng điện nào chạy qua. Chúng ta cần một vật liệu ở đâu đó ở giữa để chúng ta có thể bật và tắt dòng điện theo ý muốn. Đó là lúc các chất bán dẫn xuất hiện, chẳng hạn như silicon và gali nitrit.
Các bóng bán dẫn công suất hoạt động giống như các van, trong đó dòng điện chỉ chạy qua chúng khi có điện áp (khi bạn "bật" hoặc nối mạch). Dòng điện chạy nhanh và dễ dàng như thế nào được xác định bởi dải cấm của nó.
Hiểu Bandgap
Nói một cách rất cơ bản, bandgap đo khả năng dẫn điện của vật liệu. Khoảng cách dải càng rộng hoặc số lượng electronvolt (eV) mà nó có thể duy trì càng cao thì khả năng di chuyển các electron của nó càng tốt.
Silicon có dải cấm khoảng 1,1 eV. Gallium nitride gấp ba lần mức đó, ở mức 3,4 eV. Mặc dù điều này có nghĩa là GaN cần điện áp cao hơn để chuyển sang trạng thái dẫn điện, nhưng nó cũng có thể duy trì nhiệt độ cao hơn nhiều và có nhiều ứng dụng khác mà silicon không thể xử lý được. Tiềm năng lớn hơn này thực sự đã phân loại GaN là chất bán dẫn có dải rộng.
Độ linh động điện tử cao của GaN cho phép dòng điện chạy nhanh hơn, đòi hỏi ít năng lượng hơn. Ví dụ, đèn LED cần ít năng lượng hơn để chiếu sáng so với đèn sợi đốt cũ. Ít năng lượng hơn cũng có nghĩa là ít nhiệt hơn. Chúng ta có thể áp dụng logic này cho thứ gì đó giống như CPU dựa trên silicon, thường không thể hoạt động ở nhiệt độ trên 100oC mà không bị trục trặc hoặc quá nóng và chết. Tuy nhiên, CPU được cung cấp bởi GaN có thể hoạt động an toàn ở nhiệt độ thậm chí vượt quá 300℃!
Trên thực tế, dòng điện nhanh hơn này có nghĩa là chip GaN có thể xử lý nhiều điện áp hơn chip silicon có cùng kích thước. Hoặc bạn có thể có được hiệu suất tương tự và chỉ cần làm mọi thứ nhỏ hơn. Hai khả năng thú vị khi nói đến nguồn điện di động!
HIỆU QUẢ - Lợi ích chính của GaN trong nguồn điện di động
Có hai khu vực chính trong trạm điện di động dễ bị mất năng lượng. Đầu tiên là pin. Do tính chất hóa học của pin lithium, một lượng nhỏ năng lượng bị mất đi xảy ra do điện trở trong, ngay cả khi không tích cực gắn thiết bị vào. (Để hiểu sâu hơn về cách hoạt động của pin LiFePO4 trong PowerHouse, hãy tham khảo các bài viết của chúng tôi tại đây và tại đây.)
Yếu tố thứ hai và chính gây ra tổn thất năng lượng là do biến tần. Tối ưu hóa dòng điện ở đây sẽ cải thiện hiệu suất của toàn bộ thiết bị—và như chúng ta sẽ thấy, việc áp dụng công nghệ GaN tạo ra sự tiến bộ đáng kể về hiệu quả:
Hiệu suất tốt hơn → Mất ít năng lượng hơn → Hiệu quả hơn cho số tiền của bạn
Ngay cả những trạm điện di động tốt nhất trên thị trường, bao gồm cả của Anker, cũng hoạt động với hiệu suất tối đa khoảng 90%. Điều này có nghĩa là mỗi lần sạc hoặc xả pin, bạn sẽ lãng phí khoảng 10% pin do hao hụt năng lượng. Như vậy với dung lượng pin 2000Wh thì 200Wh đang bị hao hụt. Giả sử bạn định cấp nguồn cho một thiết bị 200W; trên thực tế, bạn sẽ chỉ có thể chạy nó trong 9 giờ thay vì 10 giờ như mong đợi. Đây không phải là trường hợp quảng cáo sai sự thật hoặc thiết kế sản phẩm kém của bất kỳ thương hiệu nào; đó chỉ là bản chất của hiệu quả sử dụng năng lượng.
Nhập GaNPrime™. Anker PowerHouse 767 có thể đạt hiệu suất 96%, nghĩa là chỉ mất đi 4% công suất. So với mức tổn thất trung bình 10% của ngành, đây là mức giảm tổn thất năng lượng 60%.
Hiệu quả như thế này mang lại nhiều lợi ích thực tế. Đầu tiên, bạn sẽ nhận được giá trị lớn hơn nhiều từ trạm phát điện di động của mình, trạm phát điện này hiện có thể tối đa hóa tiềm năng của pin. Nhưng trong trường hợp có nguồn điện dự phòng khẩn cấp, trong đó mỗi watt giờ cuối cùng đều có giá trị, hiệu suất sẽ giúp bạn có khả năng phục hồi lâu hơn khi bạn cần nhất.
Một nhà máy điện di động 2.048Wh thông thường sẽ mất khoảng 205Wh do mất năng lượng. Để so sánh, PowerHouse 767 với GaNPrime™ chỉ mất 82Wh. Bạn có thể làm gì với 123Wh dư thừa đó? Khi lưới điện ngừng hoạt động, bạn sẽ có thêm nhiều giờ để sử dụng các thiết bị cần thiết nhất của mình. IPhone 14, được đánh giá ở mức 12,68Wh, thậm chí có thể được sạc thêm mười lần nữa chỉ bằng cách sử dụng một trạm điện di động cực kỳ hiệu quả với công nghệ GaN.
Hiệu quả tốt hơn → Nhiệt độ thấp hơn → Tuổi thọ dài hơn
Do dải thông silicon thấp nên việc tìm ra cách kiểm soát nhiệt độ là một thách thức không bao giờ kết thúc đối với các kỹ sư. Các thiết bị silicon thường cần các bộ phận làm mát cồng kềnh như quạt và tản nhiệt để duy trì ổn định, dẫn đến các sản phẩm nặng, kém hiệu quả và nóng.
Vì GaN truyền dòng điện hiệu quả hơn nên nó không cần nhiều thành phần để duy trì nhiệt độ. Đây là lý do tại sao bộ sạc GaN có thể rất nhỏ gọn mà vẫn hoạt động tốt.
Mất năng lượng gây ra nhiều vấn đề hơn là lãng phí dung lượng pin. Năng lượng đó phải đi đâu đó - và sản phẩm phụ là nhiệt. Hiệu suất thấp đồng nghĩa với việc mất nhiều năng lượng hơn, tạo ra nhiều nhiệt hơn, gây ra nhiệt độ cao hơn – dẫn đến các thành phần không ổn định hơn.
Nhiệt độ là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến sức khỏe tổng thể của pin. Các bộ phận có thể hoạt động ở nhiệt độ tối ưu càng gần thì tuổi thọ của thiết bị càng dài. Dựa trên thử nghiệm nghiêm ngặt, các kỹ sư của Anker đã phát hiện ra rằng GaNPrime™ có thể giảm nhiệt độ hoạt động tới 30℃ (86℉).
Sự thay đổi nhiệt độ sâu sắc này so với silicon đồng nghĩa với việc nâng cao độ bền và khả năng cung cấp nguồn điện di động. Pin LiFePO4 có tuổi thọ cao giờ đây thậm chí còn có tuổi thọ cao hơn. Toàn bộ thiết kế mạch và thiết bị điện tử được đánh giá ở mức tuổi thọ chưa từng có trước đây. Các nhà máy điện có thể hoạt động ngoài trời vào những ngày hè nóng nực vì nhiệt độ của các bộ phận bên trong luôn ở mức thấp và ổn định trong không gian nhỏ gọn hơn.
PowerHouse 767 quản lý để dồn sức mạnh lớn vào một thiết bị chỉ nặng 67 lbs, với tính di động nâng cao, sẵn sàng cho mọi thứ, mọi nơi bạn mang theo. Tương lai của nguồn điện di động là khả năng di động tốt hơn, nhiều năng lượng hơn và độ tin cậy cao hơn – nhờ vào hiệu quả của công nghệ GaN.
Hiệu quả tốt hơn → Bền vững hơn → Tương lai xanh hơn
Hiệu quả của GaN mang lại lợi ích lớn thứ ba, lợi ích vượt ra ngoài phạm vi người dùng cá nhân và ảnh hưởng đến toàn thế giới. Khi các cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu gia tăng, tình trạng thiếu chip tiếp tục diễn ra và lượng khí thải carbon kéo dài, nhu cầu về năng lượng hiệu quả và bền vững hơn đã đạt đến đỉnh điểm.
May mắn thay, việc thay thế silicon bằng công nghệ GaN đã cho thấy nhiều hứa hẹn về năng lượng xanh hơn. Ngoài quy trình sản xuất dễ dàng hơn và tiết kiệm chi phí hơn, chất bán dẫn GaN là một lựa chọn hiển nhiên cho môi trường. Theo hầu hết các ước tính lý tưởng nhất, GaN có thể cung cấp năng lượng sạch hơn với lượng khí thải carbon thấp hơn 10 lần so với silicon. Một số chuyên gia tin rằng việc thay thế tất cả các thiết bị điện tử bằng GaN có thể giảm 20% mức tiêu thụ năng lượng trên toàn thế giới. Hơn nữa, nếu chúng ta chuyển đổi từ Si sang GaN ở mọi trung tâm dữ liệu trên toàn thế giới, thì tổng mức giảm thất thoát năng lượng sẽ giúp chúng ta tiết kiệm 100 tỷ kWh và 125 triệu tấn khí thải CO2 vào năm 2030!
Sự thay đổi năng lượng trên quy mô lớn như thế này có thể đòi hỏi những thay đổi lớn về cơ sở hạ tầng, nhưng chúng ta, với tư cách là người tiêu dùng, cũng có thể tạo ra tác động - chỉ bằng cách lựa chọn nhà máy điện di động. Dựa trên tỷ lệ hiệu suất và tổn thất năng lượng, một nhà máy điện 2.000Wh thông thường sử dụng 2,22 kWh điện để sạc lại. Anker PowerHouse 767 với GaNPrime™ tương đối sử dụng khoảng 2,08 kWh để sạc lại. Sự khác biệt 0,14 kWh về năng lượng tiết kiệm được này nghe có vẻ không ấn tượng ở quy mô nhỏ—nhưng có sức mạnh về mặt số lượng.
Theo Báo cáo cắm trại thường niên ở Bắc Mỹ năm 2021, ước tính có khoảng 94 triệu người cắm trại đang hoạt động ở Hoa Kỳ. Hãy chấp nhận quan niệm rằng mỗi người trong số họ đều sở hữu một trạm điện di động. Nếu tất cả họ đều chuyển sang sử dụng trạm điện GaNPrime™ có cùng công suất và sử dụng hàng ngày thì lượng điện năng tiết kiệm được sẽ tương đương 4,434 terawatt-giờ mỗi năm. Dựa trên dữ liệu thống kê từ EIA, lượng năng lượng đó đủ để cung cấp năng lượng cho toàn bộ California trong một tuần, tiểu bang New York trong mười hai ngày, hoặc Hawaii trong sáu tháng.
Từ trung tâm dữ liệu và khu cắm trại đến mọi ngôi nhà trên hành tinh: Công nghệ GaN thực sự là cách thân thiện với môi trường nhất để duy trì năng lượng cho một tương lai xanh hơn.
Tương lai của nguồn điện di động
Bất chấp tất cả những lợi thế ấn tượng mà GaN mang lại, vẫn còn rất nhiều việc phải làm để thay đổi quỹ đạo của một ngành công nghiệp chạy bằng silicon. Các công ty công nghệ lớn sẽ cần phải nỗ lực phối hợp để điều chỉnh quy trình kỹ thuật và sản xuất của họ cho phù hợp với chất bán dẫn mới này. Đây không phải là một thay đổi dễ dàng thực hiện, nhưng "cách làm cũ" không thể tồn tại lâu hơn trước hiệu quả và độ bền không thể phủ nhận của gallium nitride... và rồi có lẽ cuối cùng chúng ta sẽ thấy Thung lũng Silicon trở thành "Thung lũng GaN".
Với toàn bộ sức nặng của ngành đằng sau nó, hãy nghĩ đến những đột phá công nghệ có thể xảy ra! Ngoài đèn LED và đầu phát Blu-ray, còn có bầu trời xanh tươi sáng hơn phía trước với GaN. Những bộ sạc cồng kềnh và cục sạc điện có thể đã là quá khứ, trở nên mỏng như những sợi dây nguồn đơn giản. Điện thoại di động sẽ tạo ra bước nhảy vọt về hiệu suất. CPU có thể đạt tốc độ tần số cao hơn 20 lần.
Tuy nhiên, tương lai bây giờ là dành cho nguồn điện di động. Anker đặt ra sứ mệnh mang lại nguồn điện lâu dài và đáng tin cậy cho mọi người, mọi nơi, mọi lúc. Không chỉ là một sản phẩm tiêu dùng, nguồn điện di động với GaNPrime™ còn là một bước quan trọng hướng tới khả năng phục hồi năng lượng, tính độc lập và một tương lai bền vững hơn. Nguồn điện siêu hiệu quả cuối cùng cũng đã có mặt với Anker PowerHouse 767! Và những tiến bộ của Định luật Moore chắc chắn sẽ quay trở lại.
Được hỗ trợ bởi GaN
