Các nhà nghiên cứu tại Đại học Clemson cho biết, những vật liệu có khả năng tự chữa lành như vết cắt trên da từ lâu đã cho thấy triển vọng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ sơn đến ống nước, và hiện nay, một khám phá mới trong lĩnh vực này có thể giúp định hình lại cách lưu trữ năng lượng.
Một nhóm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm nghiên cứu vật liệu tiên tiến của Clemson cho biết họ đã tìm ra cách tạo ra một loại vật liệu tự phục hồi mới có thể là bước tiến tới cải thiện độ bền của pin và các thiết bị lưu trữ năng lượng khác.
Nhóm nghiên cứu được dẫn dắt bởi Marek Urban, Chủ tịch Quỹ JE Sirrine, người đã nghiên cứu vật liệu tự phục hồi trong hơn 10 năm.
“Trời là giới hạn,” ông nói. “Chúng tôi thấy triển vọng lớn cho việc tích hợp vật liệu tự phục hồi và poly(chất lỏng ion) để tạo ra chất điện phân pin bền hơn so với muối lithium hiện đang sử dụng. Đây sẽ là một sự thay đổi mô hình. Bức tranh toàn cảnh là tính bền vững.”
Tác động tiềm tàng là đáng kể khi thế giới tìm kiếm những cách tốt hơn để lưu trữ năng lượng như một phần của quá trình chuyển đổi khỏi nhiên liệu hóa thạch. Chất điện phân muối lithium được sử dụng trong pin cung cấp năng lượng cho mọi thứ, từ xe điện và dụng cụ điện đến máy tính xách tay và điện thoại thông minh.
Nếu cần ít lithium hơn để lưu trữ năng lượng, thế giới sẽ bớt phụ thuộc vào nguồn tài nguyên hạn chế và tốn kém này, giúp pin trở nên rẻ hơn và bền vững hơn, đồng thời giảm các rủi ro về an toàn như quá nhiệt.
Chất điện phân trong pin lithium-ion bị phân hủy theo thời gian do nhiều yếu tố, bao gồm các phản ứng hóa học tạo ra điện, biến động nhiệt độ và chu kỳ sạc. Urban cho biết việc thay thế muối lithium bằng vật liệu rắn tự phục hồi có tiềm năng giúp pin sử dụng được lâu hơn.
Ý tưởng tạo ra chất điện phân pin mới kết hợp các ý tưởng từ hai bài báo riêng biệt, cả hai đều của nhóm Urban. Một bài tập trung vào cách mới để tạo ra vật liệu tự phục hồi và bài còn lại tập trung vào công trình của nhóm với poly(chất lỏng ion).
Trong nghiên cứu về vật liệu, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng flo có thể đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường các đặc tính tự phục hồi bằng cách tạo ra các tương tác sigma mạnh. Các tương tác đó là các loại liên kết phân tử cụ thể thu hút và sắp xếp lại các phân tử để thúc đẩy quá trình sửa chữa sau khi bị hư hỏng.
Các nhà nghiên cứu gọi cơ chế tự phục hồi này là “khóa sigma”.
Vật liệu tự phục hồi mà nhóm Urban tạo ra là một đồng trùng hợp được tạo ra bằng cách kết hợp hai monome, pentafluorostyrene và n-butyl acrylate. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng điều quan trọng là sử dụng sự cân bằng gần như bằng nhau của hai monome để tạo ra các đặc tính tự phục hồi.
Tên của bài báo là “Fluorophilic Sigma(σ)-Lock Self-Healable Copolymers” và đã được công bố trên tạp chí Angewandte Chemie. Nghiên cứu sinh tiến sĩ Samruddhi Gaikwad và Urban là tác giả.
Urban cho biết bước tiếp theo để thương mại hóa vật liệu này là tìm cách sản xuất nó ở quy mô lớn hơn. Nhóm đã bắt đầu tìm kiếm nguồn tài trợ và sẵn sàng hợp tác với một công ty.
Ngoài các ứng dụng lưu trữ năng lượng, nhóm nghiên cứu còn thấy triển vọng khi sử dụng vật liệu khóa sigma trong các cảm biến sinh học nhạy cảm với môi trường hóa học, sinh học và điện hoặc áp suất.
Urban cho biết vật liệu sigma-lock được mô tả trong Angewandte Chemie sẽ được tích hợp với poly(chất lỏng ion) để tạo ra chất điện phân cho pin.
Trong một nghiên cứu riêng biệt, nhóm Urban đã mô tả cách thay đổi độ dài và tính linh hoạt của chuỗi hóa học trong chất lỏng poly(ionic) ảnh hưởng đến hành vi và tính chất điện của chúng.
Bài báo đó có tựa đề là “Dynamics of Dipolar and Ionic Interactions in Self-Healable Poly(ionic liquid) Copolymers” và được công bố trên tạp chí Macromolecules. Các tác giả là cộng sự nghiên cứu sau tiến sĩ Jiahuu Liu, nghiên cứu sinh tiến sĩ Sourav Biswas và Urban.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
