Phát minh pin lithium-ion có thể giãn nở thêm 5.000%

09:00 23/07/2024

Nhắc đến pin, có lẽ bạn không nghĩ pin có thể co giãn được. Nhưng pin sẽ cần tính chất này để tích hợp vào các thiết bị điện tử linh hoạt.

Loại pin lithium-ion với các thành phần hoàn toàn có thể co giãn - Ảnh: ACS Energy Letters

Trên tạp chí ACS Energy Letters, các nhà nghiên cứu Trung Quốc mới đây công bố một loại pin lithium-ion với các thành phần hoàn toàn có thể co giãn, bao gồm cả lớp điện phân có thể giãn nở đến 5.000% và vẫn giữ được khả năng lưu trữ điện sau gần 70 chu kỳ sạc/xả.

Hiện nay, các thiết bị điện tử có thể uốn cong và kéo giãn cần pin có các tính chất tương tự. Hầu hết các nhà nghiên cứu đã cố gắng tạo ra các loại pin như vậy bằng cách sử dụng vải dệt dẫn điện, hoặc các thành phần cứng được gấp thành các hình dạng có thể mở rộng, giống như origami.

Nhưng để có một viên pin thực sự dễ uốn dẻo, mỗi phần - các điện cực thu thập điện tích và lớp điện phân ở giữa cân bằng điện tích - phải đàn hồi. Cho đến nay, các nguyên mẫu pin thực sự co giãn có độ đàn hồi vừa phải, quy trình lắp ráp phức tạp hoặc khả năng lưu trữ năng lượng hạn chế, đặc biệt là theo thời gian với việc sạc và xả lặp đi lặp lại.

Pin nhiên liệu mới thu năng lượng từ vi sinh vật trong đất
Pin hạt nhân nhỏ hơn đồng xu, điện thoại xài 50 năm không cần sạc

Việc lưu trữ năng lượng hạn chế có thể do kết nối yếu giữa lớp điện phân và các điện cực, hoặc sự không ổn định của điện phân dạng lỏng, có thể di chuyển khi pin thay đổi hình dạng.

Vì vậy, thay vì sử dụng chất lỏng, giáo sư Wen-Yong Lai và các đồng nghiệp tại Đại học Bưu chính Viễn thông Nam Kinh muốn tích hợp chất điện phân vào một lớp polymer được hợp nhất giữa hai màng điện cực linh hoạt, để tạo ra một dạng pin hoàn toàn rắn nhưng có thể co giãn.

Để tạo các điện cực cho pin hoàn toàn đàn hồi, nhóm đã trải một lớp mỏng keo dẫn điện chứa các dây nano bạc, carbon đen và các vật liệu cực dương hoặc cực âm dựa trên lithium lên một tấm. Sau đó, một lớp polydimethylsiloxane - vật liệu linh hoạt thường được sử dụng trong kính áp tròng, được phủ lên trên lớp dán.

Ngay trên lớp phim này, các nhà nghiên cứu đã thêm muối lithium, một chất lỏng dẫn điện cao và các thành phần để tạo ra một polymer co giãn.

Khi được kích hoạt bằng ánh sáng, các thành phần này kết hợp để tạo thành một lớp rắn, dẻo như cao su có khả năng co giãn đến 5.000% chiều dài ban đầu, và có thể vận chuyển các ion lithium. Cuối cùng, chồng lên trên lớp phủ một lớp màng điện cực khác, và toàn bộ thiết bị được bao bọc trong một lớp phủ bảo vệ.

Pin mới ưu việt, nhưng vẫn cần cải tiến

Khi so sánh thiết kế pin rắn co giãn với một thiết bị tương tự sử dụng chất điện phân lỏng truyền thống, phiên bản pin mới có dung lượng sạc đầy trung bình cao hơn khoảng sáu lần ở tốc độ sạc nhanh. Tương tự, pin rắn duy trì dung lượng ổn định hơn trong suốt 67 chu kỳ sạc và xả.

Trong các nguyên mẫu khác được chế tạo với điện cực rắn, điện phân polymer duy trì hoạt động ổn định trong hơn 1.000 chu kỳ, với dung lượng giảm 1% trong 30 chu kỳ đầu tiên, so với mức giảm 16% đối với chất điện phân lỏng.

Vẫn còn những cải tiến cần được thực hiện, nhưng cách mới để tạo ra pin rắn, có thể co giãn hoàn toàn này là một bước tiến triển vọng cho các thiết bị đeo hoặc cấy ghép có thể uốn cong và di chuyển cùng với cơ thể.