Một dây bện siêu mỏng trong lõi của điện cực làm tăng mật độ năng lượng của pin lithium-ion, một nhóm các nhà nghiên cứu báo cáo trên tạp chí Angewandte Chemie International Edition . Loại pin này có thể được tích hợp vào hàng dệt chức năng và được sử dụng để cung cấp năng lượng cho điện thoại thông minh và các thiết bị điện tử khác khi chúng ta đang đeo chúng. Cấu trúc bộ thu dòng bện mới thay thế một sợi dây liên tục duy nhất và cải thiện khả năng vận chuyển ion bên trong điện cực, tăng mật độ điện tích.
Pin lithium-ion (LIB) có mặt khắp nơi trong các thiết bị từ điện thoại thông minh đến ô tô điện. Chúng tôi biết chúng được làm bằng một chồng điện cực trong một thiết kế cồng kềnh hoặc hình trụ. Một biến thể pin mới giảm ngăn xếp xuống kích thước của một sợi được tạo thành từ hai sợi điện cực dài quấn quanh nhau. Được dệt thành vải, những cục pin sợi rất nhẹ (FLIB) này có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử đeo được. Pin sợi quang được tuyên bố là một trong 10 công nghệ mới nổi hàng đầu về hóa học của IUPAC vào năm 2022.
Tuy nhiên, có một vấn đề cần được giải quyết trước khi pin sợi quang có thể được sử dụng để cung cấp điện cho lều, quần áo chức năng, v.v.—đặc biệt là ở sợi dài, mật độ năng lượng quá thấp để có thể sử dụng được. Huisheng Peng và một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Phúc Đán ở Thượng Hải (Trung Quốc) hiện đã phát hiện ra rằng việc thiết kế lại bộ thu dòng điện của điện cực có thể giải quyết vấn đề này.
Nhóm đã quyết định thay thế bộ thu dòng điện, là một dây kim loại mỏng, liên tục bên trong điện cực than chì, bằng một dây bện làm bằng nhiều sợi kim loại mỏng hơn nhiều. Để tạo ra dây bện, họ tháo một số sợi kim loại siêu mỏng khỏi trục quay và bện chúng thành một sợi bện ở giữa, sau đó sợi này được phủ than chì lên toàn bộ điện cực .
Bộ thu dòng điện bện mới cũng ổn định như dây liên tục, nhưng có thể tăng mật độ năng lượng bằng cách tương tác với than chì. Như nhóm giải thích, "Cấu trúc bện được thiết kế dẫn đến các kênh chứa đầy vật liệu hoạt tính, giảm cản trở vận chuyển ion lithium và tăng khả năng tải của vật liệu hoạt tính."
Mật độ năng lượng tăng lên này cũng được chứng minh trong các thử nghiệm: một loại vải dệt thoi được sản xuất, chứa 40 FLIB dài một mét với bộ thu dòng điện bện. Loại vải dệt dựa trên FLIB này có thể sạc điện thoại thông minh từ 30% đến 57%, trong khi thiết kế FLIB thông thường sử dụng dây thu dòng điện liên tục chỉ đạt được 52%.
Sự gia tăng hiệu quả này đạt được nhờ một sự thay đổi tương đối đơn giản trong thiết kế của bộ thu dòng điện. Điều này đặc biệt quan trọng đối với pin sợi dài phải mạnh mẽ, ổn định và nhẹ.
