Pin lưu chất có thể tạo ra bất kỳ hình dạng nào
của Đại học Linköping
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Linköping đã phát triển một loại pin có thể tạo ra bất kỳ hình dạng nào. Nguồn: Thor Balkhed
Sử dụng các điện cực ở dạng lưu chất, các nhà nghiên cứu tại Đại học Linköping đã phát triển một loại pin có thể tạo ra bất kỳ hình dạng nào. Loại pin mềm và dễ uốn cong này có thể được tích hợp vào công nghệ tương lai theo một cách hoàn toàn mới. Nghiên cứu của họ đã được công bố trên tạp chí Science Advances.
"Kết cấu của nó hơi giống kem đánh răng. Ví dụ, vật liệu này có thể được sử dụng trong máy in 3D để tạo hình pin theo ý muốn của bạn. Điều này mở ra một loại công nghệ mới", Aiman Rahmanudin, trợ lý giáo sư tại Đại học Linköping cho biết.
Người ta ước tính rằng hơn một nghìn tỷ tiện ích sẽ được kết nối với Internet trong 10 năm tới. Ngoài công nghệ truyền thống như điện thoại di động, đồng hồ thông minh và máy tính, điều này có thể liên quan đến các thiết bị y tế đeo được như máy bơm insulin, máy tạo nhịp tim, máy trợ thính và nhiều cảm biến theo dõi sức khỏe khác nhau, và về lâu dài còn có cả robot mềm, vải điện tử và cấy ghép thần kinh được kết nối.
Nếu tất cả các tiện ích này hoạt động theo cách không gây cản trở cho người dùng, thì cần phải phát triển các loại pin mới.
"Pin là thành phần lớn nhất của tất cả các thiết bị điện tử. Ngày nay, chúng rắn và khá cồng kềnh. Nhưng với pin mềm và dễ uốn, không có giới hạn về thiết kế. Nó có thể được tích hợp vào thiết bị điện tử theo một cách hoàn toàn khác và phù hợp với người dùng", Aiman Rahmanudin cho biết.
Cùng với các đồng nghiệp tại Phòng thí nghiệm Điện tử hữu cơ, LOE, ông đã phát triển một loại pin mềm và dễ uốn. Chìa khóa là một phương pháp tiếp cận mới—chuyển đổi các điện cực từ dạng rắn sang dạng lỏng.
Nhóm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Điện tử hữu cơ, LOE, tại Đại học Linköping. Nguồn: Thor Balkhed
Những nỗ lực trước đây để sản xuất pin mềm và có thể kéo giãn dựa trên các loại chức năng cơ học khác nhau, chẳng hạn như vật liệu composite cao su có thể kéo giãn hoặc các kết nối trượt trên nhau. Nhưng điều này không giải quyết được cốt lõi của vấn đề—pin lớn có dung lượng cao hơn, nhưng có nhiều vật liệu hoạt động hơn có nghĩa là điện cực dày hơn và do đó có độ cứng cao hơn.
"Ở đây, chúng tôi đã giải quyết được vấn đề đó và chúng tôi là người đầu tiên chứng minh rằng dung lượng không phụ thuộc vào độ cứng", Rahmanudin nói.
Điện cực lỏng đã được thử nghiệm trong quá khứ nhưng không thành công lớn. Vào thời điểm đó, người ta đã sử dụng các kim loại lỏng như gali. Nhưng sau đó, vật liệu này chỉ có thể hoạt động như một cực dương và có nguy cơ bị đông đặc trong quá trình sạc và xả—mất đi bản chất lỏng của nó. Ngoài ra, nhiều loại pin có thể kéo giãn trước đây đã sử dụng các vật liệu hiếm có tác động lớn đến môi trường khi khai thác và chế biến.
Các nhà nghiên cứu tại LiU Campus Norrköping đã thay vào đó dựa trên pin mềm của họ trên nhựa dẫn điện (polyme liên hợp) và lignin, một sản phẩm phụ từ quá trình sản xuất giấy. Pin có thể được sạc và xả hơn 500 lần và vẫn duy trì hiệu suất của nó. Nó cũng có thể được kéo dài gấp đôi chiều dài và vẫn hoạt động tốt như vậy.
"Vì các vật liệu trong pin là polyme liên hợp và lignin, nên nguyên liệu thô rất dồi dào. Bằng cách tái sử dụng một sản phẩm phụ như lignin thành một mặt hàng có giá trị cao như vật liệu pin, chúng tôi đóng góp vào một mô hình tuần hoàn hơn. Vì vậy, đây là một giải pháp thay thế bền vững", Mohsen Mohammadi, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại LOE và là một trong những tác giả chính của bài báo cho biết.
Bước tiếp theo là cố gắng tăng điện áp trong pin. Theo Rahmanudin, hiện tại có một số hạn chế mà họ cần khắc phục.
"Pin không hoàn hảo. Chúng tôi đã chứng minh rằng khái niệm này hoạt động nhưng hiệu suất cần được cải thiện. Điện áp hiện tại là 0,9 vôn. Vì vậy, bây giờ chúng tôi sẽ xem xét sử dụng các hợp chất hóa học khác để tăng điện áp. Một lựa chọn mà chúng tôi đang khám phá là sử dụng kẽm hoặc mangan, hai kim loại phổ biến trong lớp vỏ Trái đất", Rahmanudin cho biết.
