Đột phá mới: Các nhà khoa học tạo ra pin "dẻo như kem đánh răng", có thể co giãn, 500 lần sạc xả vẫn không "xi nhê"

[Khánh Vân]

Pin mới do Đại học Linköping phát triển có thể cung cấp năng lượng cho thiết bị đeo, y tế và robot ngay cả khi bị uốn cong, xoắn hoặc kéo dài gấp đôi, mở ra kỷ nguyên mới cho công nghệ linh hoạt.

Pin co giãn: Tương lai của thiết bị điện tử linh hoạt

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Linköping, Thụy Điển, vừa công bố một bước đột phá công nghệ có khả năng thay đổi sâu sắc cách chúng ta thiết kế và sử dụng các thiết bị điện tử: họ đã tạo ra một loại pin mới có khả năng co giãn đáng kinh ngạc. Loại pin này không chỉ có thể cung cấp năng lượng ổn định cho các thiết bị đeo thông minh, thiết bị y tế cấy ghép và robot mềm mà còn duy trì hoạt động hiệu quả ngay cả khi bị uốn cong, xoắn hoặc kéo dài gấp đôi chiều dài ban đầu của nó.

Vật liệu độc đáo và khả năng in 3D mọi hình dạng
Điểm đặc biệt của công nghệ pin này nằm ở vật liệu chế tạo. Pin được làm từ một loại vật liệu mềm, dẻo có độ đặc tương tự như kem đánh răng. Chính nhờ đặc tính này, pin có thể được in 3D thành bất kỳ hình dạng nào theo yêu cầu thiết kế, mở ra vô vàn khả năng mới cho việc tạo ra các thiết bị điện tử có thể hoàn toàn phù hợp với đường cong cơ thể con người hoặc có khả năng di chuyển linh hoạt như các sinh vật sống trong tự nhiên.
Khác biệt hoàn toàn với các loại pin cứng, dễ hư hỏng truyền thống, pin co giãn này vẫn giữ nguyên cấu trúc và tiếp tục cung cấp năng lượng một cách ổn định ngay cả khi phải chịu những áp lực cơ học lớn như bị bẻ cong hay kéo giãn.

Loại pin mới có dạng dẻo mềm như kem đánh răng, có thể in 3D thành bất kì hình dạng nào, thậm chí kéo dãn mà vẫn hoạt động được.​

Bí mật từ "hóa học thông minh" bên trong
Tính linh hoạt vượt trội của pin đến từ việc sử dụng các vật liệu hóa học thông minh được lựa chọn và xử lý một cách đặc biệt. Các nhà nghiên cứu đã thay thế các vật liệu pin tiêu chuẩn bằng:

• Lignin biến tính: Một sản phẩm phụ tự nhiên, dồi dào từ quá trình sản xuất giấy, được sử dụng cho các thành phần hoạt động chính của pin.
• Nanowires bạc và nanographite: Được sử dụng cho các bộ phận dẫn điện bên trong pin.

Theo một nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí khoa học uy tín Science Advances, những vật liệu nano này đủ nhỏ và đủ mềm dẻo để có thể di chuyển cùng với cấu trúc chung của pin khi nó bị biến dạng mà không bị gãy vỡ hay mất khả năng dẫn điện.

Hiệu suất ấn tượng và tiềm năng ứng dụng rộng rãi

Mặc dù hiện tại công nghệ này mới chỉ ở giai đoạn chứng minh khái niệm (proof-of-concept), loại pin co giãn này đã cho thấy những hiệu suất ban đầu rất ấn tượng. Nó có khả năng sạc và xả hơn 500 lần trong khi vẫn duy trì được công suất đầu ra ổn định. Pin hoạt động đáng tin cậy ở mức điện áp thấp hơn một chút so với pin 1,5V tiêu chuẩn, nhưng vẫn đủ để cung cấp năng lượng cho nhiều loại thiết bị điện tử nhỏ, bao gồm cả các thiết bị y tế quan trọng như máy tạo nhịp tim. Hiện tại, các nhà khoa học đang tiếp tục nghiên cứu để nâng cao hơn nữa điện áp hoạt động của pin.

Công nghệ pin mới này mang lại tiềm năng to lớn cho hàng loạt ứng dụng:

• Thiết bị y tế thông minh: Cho phép các thiết bị cấy ghép hoặc đeo trên người có thể di chuyển một cách tự nhiên, hài hòa cùng cơ thể người dùng.
• Quần áo thông minh: Cung cấp năng lượng cho các loại quần áo được dệt bằng cảm biến linh hoạt, thu thập dữ liệu sức khỏe hoặc tương tác với môi trường.
• Robot mềm (Soft robotics): Có thể dẫn đến sự phát triển của những thế hệ robot có thân mềm dẻo, linh hoạt mà không cần đến những bộ pin cồng kềnh, cứng nhắc để hoạt động.

Những thách thức và triển vọng tương lai

Tuy nhiên, vẫn còn quá sớm để khẳng định chắc chắn về tính khả thi ở quy mô lớn của công nghệ này. Nhóm nghiên cứu tại Đại học Linköping cần phải tiến hành thêm nhiều thử nghiệm về tính an toàn, đặc biệt là đối với các thiết bị dự kiến sẽ tiếp xúc trực tiếp với da người trong thời gian dài. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu và phát triển các quy trình sản xuất ở quy mô công nghiệp để có thể thương mại hóa công nghệ này cũng là một thách thức không nhỏ.

Dù vậy, khái niệm về pin co giãn này thực sự rất hứa hẹn. Nó có khả năng đưa chúng ta vượt xa những giới hạn của các thiết bị điện tử phẳng, hình hộp mà chúng ta vẫn quen thuộc hàng ngày, mở ra một làn sóng công nghệ linh hoạt hoàn toàn mới, nơi các thiết bị có thể uốn cong, gấp lại, và thậm chí là "mềm mại" như chính cơ thể con người.