Pin lithium-ion không được biết đến với sự linh hoạt hay độ bền bỉ, và nếu chúng ta đẩy những viên pin này đến giới hạn, kết quả có thể là một mớ hỗn độn độc hại và hỗn loạn. Tuy nhiên, khi công nghệ tiếp tục xâm nhập vào mọi ngóc ngách trong cuộc sống của chúng ta, chúng ta sẽ cần vượt qua những hạn chế vật lý trong thiết kế này.
Trong nhiều năm qua, các nhà khoa học đã nỗ lực tìm kiếm cách chế tạo một viên pin có khả năng xoắn, kéo dài và thậm chí chịu được những tổn thương nghiêm trọng. Mặc dù vẫn chưa đạt được độ bão hòa năng lượng hay độ tin cậy như viên pin lithium-ion trong điện thoại thông minh của bạn, nhưng các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đã đạt được những tiến bộ đáng kể với nhiều giải pháp tiềm năng khác nhau. Mới đây, một nghiên cứu từ nhóm các nhà khoa học do Đại học California, Berkeley dẫn đầu đã công bố trong tạp chí Science Advances rằng có thể đây là viên pin linh hoạt tốt nhất cho tới nay.
Điểm then chốt của bước đột phá này là việc chế tạo một chất điện ly hydrogel ít nước kết hợp với muối lithium không chứa fluorine. Đây không phải là những thành phần thông thường thường thấy trong các viên pin lithium-ion tiêu chuẩn, và việc lựa chọn này đã giúp nhóm nghiên cứu phát triển một viên pin có thể duy trì độ ổn định ở điện áp cao mà không phụ thuộc vào các hợp chất độc hại. Đương nhiên, việc tạo ra một viên pin như vậy từ con số không không phải là điều dễ dàng.
“Rất nhiều vật liệu mà chúng tôi sử dụng không phải là tiêu chuẩn cho các viên pin lithium-ion thông thường”, Peisheng He, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ từ UC Berkeley và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết. “Chúng tôi đã vượt qua những thách thức đó bằng cách học hỏi từ những thử nghiệm không thành công, xây dựng và cải thiện liên tục quy trình chế tạo và thử nghiệm.”
Vận hành với điện áp cao hơn? Có. Không độc hại? Cũng có. Nhưng lợi thế thực sự của viên pin này là sự linh hoạt chưa từng có. Mặc dù pin có khả năng kéo dài không phải là điều mới mẻ—trên thực tế, đầu tháng này, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Linköping ở Thụy Điển đã công bố một viên pin có thể kéo dài tương tự như kết cấu của kem đánh răng, có thể hoạt động với điện áp 0,9 volt và sạc lại khoảng 500 lần.
Tuy nhiên, viên pin mới này không chỉ có thể xử lý hơn gấp ba lần điện áp đó mà còn có thể sống sót qua những cú xoắn, gập, kéo và đập mạnh—nó thậm chí có thể bị đâm nhiều lần nhưng vẫn cung cấp điện. Để tiến xa hơn, các nhà nghiên cứu đã cắt viên pin hoàn toàn làm đôi, và sau khi tự hồi phục, nó vẫn giữ tới 90% dung lượng ban đầu.
Mặc dù sự cải tiến này đã vượt xa những nỗ lực trước đó—các phiên bản pin linh hoạt trước đây chỉ ổn định ở mức 1,23 volt, chẳng hạn—nhưng mật độ năng lượng chỉ bằng khoảng một phần mười so với viên pin lithium-ion truyền thống. Tuy nhiên, những cải tiến trong tương lai thông qua hóa học chất điện ly và cấu trúc điện cực có thể mang lại một cú hích lớn về năng lượng cho mọi thứ, từ robot mềm đến đồng hồ thông minh.
“Việc tích hợp các viên pin của chúng tôi vào dây đeo của một chiếc đồng hồ thông minh có thể nhân đôi dung lượng pin của đồng hồ, đến mức có thể chỉ cần sạc một lần mỗi tuần hoặc lâu hơn,” Anju Toor, một đồng tác giả nghiên cứu từ Viện Công nghệ Georgia cho biết.
Nếu công nghệ là tương lai, thì những viên pin linh hoạt và tự hồi phục sẽ có khả năng là nguồn năng lượng cho tương lai đó.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/green-tech/a64579402/battery-self-healing/
Trong nhiều năm qua, các nhà khoa học đã nỗ lực tìm kiếm cách chế tạo một viên pin có khả năng xoắn, kéo dài và thậm chí chịu được những tổn thương nghiêm trọng. Mặc dù vẫn chưa đạt được độ bão hòa năng lượng hay độ tin cậy như viên pin lithium-ion trong điện thoại thông minh của bạn, nhưng các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đã đạt được những tiến bộ đáng kể với nhiều giải pháp tiềm năng khác nhau. Mới đây, một nghiên cứu từ nhóm các nhà khoa học do Đại học California, Berkeley dẫn đầu đã công bố trong tạp chí Science Advances rằng có thể đây là viên pin linh hoạt tốt nhất cho tới nay.
Điểm then chốt của bước đột phá này là việc chế tạo một chất điện ly hydrogel ít nước kết hợp với muối lithium không chứa fluorine. Đây không phải là những thành phần thông thường thường thấy trong các viên pin lithium-ion tiêu chuẩn, và việc lựa chọn này đã giúp nhóm nghiên cứu phát triển một viên pin có thể duy trì độ ổn định ở điện áp cao mà không phụ thuộc vào các hợp chất độc hại. Đương nhiên, việc tạo ra một viên pin như vậy từ con số không không phải là điều dễ dàng.
“Rất nhiều vật liệu mà chúng tôi sử dụng không phải là tiêu chuẩn cho các viên pin lithium-ion thông thường”, Peisheng He, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ từ UC Berkeley và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết. “Chúng tôi đã vượt qua những thách thức đó bằng cách học hỏi từ những thử nghiệm không thành công, xây dựng và cải thiện liên tục quy trình chế tạo và thử nghiệm.”
Vận hành với điện áp cao hơn? Có. Không độc hại? Cũng có. Nhưng lợi thế thực sự của viên pin này là sự linh hoạt chưa từng có. Mặc dù pin có khả năng kéo dài không phải là điều mới mẻ—trên thực tế, đầu tháng này, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Linköping ở Thụy Điển đã công bố một viên pin có thể kéo dài tương tự như kết cấu của kem đánh răng, có thể hoạt động với điện áp 0,9 volt và sạc lại khoảng 500 lần.
Tuy nhiên, viên pin mới này không chỉ có thể xử lý hơn gấp ba lần điện áp đó mà còn có thể sống sót qua những cú xoắn, gập, kéo và đập mạnh—nó thậm chí có thể bị đâm nhiều lần nhưng vẫn cung cấp điện. Để tiến xa hơn, các nhà nghiên cứu đã cắt viên pin hoàn toàn làm đôi, và sau khi tự hồi phục, nó vẫn giữ tới 90% dung lượng ban đầu.
Mặc dù sự cải tiến này đã vượt xa những nỗ lực trước đó—các phiên bản pin linh hoạt trước đây chỉ ổn định ở mức 1,23 volt, chẳng hạn—nhưng mật độ năng lượng chỉ bằng khoảng một phần mười so với viên pin lithium-ion truyền thống. Tuy nhiên, những cải tiến trong tương lai thông qua hóa học chất điện ly và cấu trúc điện cực có thể mang lại một cú hích lớn về năng lượng cho mọi thứ, từ robot mềm đến đồng hồ thông minh.
“Việc tích hợp các viên pin của chúng tôi vào dây đeo của một chiếc đồng hồ thông minh có thể nhân đôi dung lượng pin của đồng hồ, đến mức có thể chỉ cần sạc một lần mỗi tuần hoặc lâu hơn,” Anju Toor, một đồng tác giả nghiên cứu từ Viện Công nghệ Georgia cho biết.
Nếu công nghệ là tương lai, thì những viên pin linh hoạt và tự hồi phục sẽ có khả năng là nguồn năng lượng cho tương lai đó.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/green-tech/a64579402/battery-self-healing/
