Bao bì pin có thể co giãn với rào cản độ ẩm và khí có thể cung cấp năng lượng cho tương lai của các thiết bị đeo được
bởi Đại học Quốc gia Yokohama
Pin có thể co giãn được đóng gói bằng kim loại lỏng được làm căng bằng tay. Pin có thể chịu kéo dài hơn 50%. Ảnh: Đại học Quốc gia Yokohama
Các thiết bị đeo được đã thu hút sự chú ý vì tiềm năng của chúng như các cảm biến có thể theo dõi các dấu ấn sinh học khác nhau, một phương tiện phân phối thuốc, thiết bị y tế và hơn thế nữa. Để các thiết bị đeo được này hoạt động hiệu quả và thiết thực, chúng cần phải có pin có thể kéo dãn và biến dạng cao.
Mặc dù đã có nghiên cứu về cách cải thiện tính linh hoạt của pin trong khi vẫn duy trì tuổi thọ pin và các đặc tính mong muốn khác, nhưng người ta ít chú ý đến tầm quan trọng của cách bảo vệ pin khỏi hơi ẩm và khí. Vì các thiết bị đeo được tiếp xúc với khí quyển nên điều quan trọng là phải kéo dài tuổi thọ pin đồng thời bảo vệ pin khỏi hơi ẩm và khí trong khí quyển.
Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Quốc gia Yokohama ở Nhật Bản đã phát triển một màng bao bì có thể co giãn cho các loại pin này với chức năng ngăn khí và độ ẩm cao, đưa chúng ta đến gần hơn với khả năng các thiết bị đeo có pin dễ biến dạng như một công nghệ phổ biến.
Kết quả của họ đã được công bố trên ACS Applied Materials & Interfaces vào ngày 27 tháng 9.
Tác giả Hiroki Ota thuộc Khoa Cơ khí tại Đại học Quốc gia Yokohama cho biết: “Hiện nay, việc sử dụng pin rắn và lớn cho các thiết bị có thể co giãn là một vấn đề trong các thiết bị điện tử co dãn… trong khi cảm biến và giao diện mềm, pin vẫn sử dụng pin cứng”.
"Pin mềm và có thể co giãn đã được nghiên cứu trên thế giới nhưng không thể sử dụng trong không khí do tính thấm khí và độ ẩm cao của vật liệu đóng gói của pin co dãn."
Để tạo ra loại màng mềm dẻo này với một rào cản khí cao, các nhà nghiên cứu đã phủ một lớp mỏng kim loại lỏng lên một màng polyurethane nhiệt dẻo lắng vàng bằng phương pháp từng lớp. Phương pháp này cho phép tạo ra khả năng biến dạng mong muốn, không giống như các màng nhiều lớp nhôm, được sử dụng trước đây để giải quyết vấn đề thấm khí và độ ẩm nhưng không cho phép độ mềm dẻo cần thiết.
Theo các nhà nghiên cứu, bộ phim thu được cho thấy khả năng không thấm khí oxy tuyệt vời dưới sức căng cơ học và độ thấm ẩm cực thấp. Pin lithium-ion co giãn được mà họ lắp ráp trong nghiên cứu của mình có thể hoạt động đáng tin cậy trong không khí nhờ vào màng ngăn khí có thể co giãn mà họ đã phát triển.
"Điều thú vị là ngoài việc phát triển một loại pin có thể co giãn, có thể được sử dụng trong thế hệ thiết bị thông minh tiếp theo, bao gồm cả các thiết bị đeo trong tương lai, các màng có tính chất ngăn khí và độ ẩm cao có thể đạt được bằng cách sử dụng một vật liệu mới gọi là chất lỏng kim loại, ”Ota nói.
Nghiên cứu này hứa hẹn có thể sử dụng pin có mật độ năng lượng cao, điện áp làm việc cao và ổn định lâu dài và cũng có khả năng biến dạng cao - trái ngược với cồng kềnh và không linh hoạt - trong các thiết bị đeo được. Kết quả là, những phát hiện đã đưa các thiết bị đeo được trở nên thực tế hơn, mở ra cơ hội trong y học và sức khỏe cũng như các lĩnh vực khác.
“Nghiên cứu này góp phần vào việc triển khai xã hội của các thiết bị có thể kéo dãn,” Ota nói.
Các bước tiếp theo bao gồm tăng cường khả năng bảo vệ chống ẩm của màng bằng cách thay đổi vật liệu. Một hướng khác trong tương lai là cải thiện tính ổn định của hiệu suất của pin, ngay cả khi bị biến dạng, bằng cách phát triển các vật liệu phù hợp hơn cho các bộ phận của nó. Làm cho bộ phim hiệu quả về chi phí cũng sẽ góp phần vào khả năng mở rộng cuối cùng.
“Việc giảm chi phí hơn nữa của bộ phim đã phát triển sẽ dẫn đến việc triển khai các loại pin có thể co giãn,” Ota nói. "Ngoài ra, bộ phim có thể hữu ích như một màng chắn cho các thiết bị điện tử hữu cơ, v.v."
