Pin Làm Từ Vật Liệu Tự Nhiên Có Thể Thay Thế Pin Lithium-Ion Truyền Thống
Tác giả Lesley Henton, Đại học Texas A&M – Biên tập Lisa Lock, phản biện Robert Egan
Bạn có tưởng tượng được không — viên pin bạn mua trong tương lai có thể được làm từ những thành phần giống như trong cơ thể bạn? Đó chính là ý tưởng đằng sau một đột phá về vật liệu pin làm từ thành phần tự nhiên, có thể phân hủy sinh học — thậm chí “tự nhiên” đến mức có thể… ăn được.
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Texas A&M, dẫn đầu bởi Giáo sư Hóa học Karen Wooley và Giáo sư Kỹ thuật Hóa học Jodie Lutkenhaus, đã phát triển pin phân hủy sinh học từ polyme tự nhiên. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences.
Trong 15 năm qua, nhóm của Wooley tập trung nghiên cứu vật liệu nhựa bền vững, dễ phân hủy từ nguồn tự nhiên. Lutkenhaus, Phó trưởng khoa phụ trách nghiên cứu, đã phát triển các vật liệu hữu cơ để chế tạo pin an toàn hơn. Sự hợp tác giữa hai nhóm đã kết hợp polyme nguồn gốc tự nhiên với công nghệ pin tiên tiến.
“Khi phòng thí nghiệm của Giáo sư Wooley bắt đầu phát triển các polyme tự nhiên này, nó mở ra cánh cửa cho một điều hoàn toàn mới — một loại pin vừa hoạt động hiệu quả, vừa có thể biến mất một cách an toàn khi không còn cần thiết,” Lutkenhaus chia sẻ.
Pin từ Vitamin B2 và Axit Amin
Vật liệu pin mới được tạo thành từ riboflavin (vitamin B2) và L-glutamic acid, một axit amin tham gia hình thành protein trong cơ thể.
Tiến sĩ Shih-Guo Li, nghiên cứu sinh vừa tốt nghiệp, đã phát triển phương pháp tổng hợp để liên kết các khối xây dựng phân tử này thành chuỗi polypeptide. Vật liệu thu được có hoạt tính oxi hóa-khử, nghĩa là có thể nhận và nhả electron để lưu trữ và giải phóng năng lượng.
Không giống pin lithium-ion truyền thống phụ thuộc kim loại và hóa dầu, vật liệu mới này hoàn toàn từ nguồn tái tạo và phân hủy sinh học, có thể tự phân hủy khi tiếp xúc với nước hoặc enzyme — giúp giảm thiểu rác thải pin.
An Toàn Cho Môi Trường và Tế Bào Sống
Trong các thử nghiệm, vật liệu này chứng minh khả năng hoạt động tốt như một cực âm và không gây độc cho tế bào nguyên bào sợi, mở ra tiềm năng ứng dụng trong thiết bị đeo hoặc cấy ghép y tế.
“Chúng tôi rất phấn khích khi thấy hành vi điện hóa của vật liệu này ngang bằng với các vật liệu polyme tổng hợp không bền vững,” Lutkenhaus nói. “Điều đó chứng minh bạn không cần hy sinh hiệu suất để đổi lấy tính bền vững.”
Hướng Tới Nền Kinh Tế Tuần Hoàn
Nhóm nghiên cứu hướng đến triết lý “thiết kế với cái kết trong đầu” — tạo ra pin có thể tái sử dụng, tái chế hoặc trả lại tự nhiên một cách an toàn.
“Ở mức cực đoan nhất, những viên pin này thậm chí có thể ăn được để cung cấp một dạng ‘năng lượng’ khác,” Wooley hài hước cho biết.
Hiện tại, quy trình tổng hợp vẫn quá tốn kém cho sản xuất đại trà. Nhóm nghiên cứu dự đoán cần 5–10 năm để thương mại hóa.
