Phát minh pin có thể uốn cong, kéo giãn, tự phân hủy trong môi trường làm rung chuyển giới công nghệ, hứa hẹn thay đổi tương lai cho ngành năng lượng

Nhóm nghiên cứu tại Viện Thiết kế và Công nghệ Bền vững Trottier của Đại học McGill tại Canada đã phát triển loại pin mềm dẻo, có thể uốn cong, kéo giãn và tự phân hủy trong môi trường.

Thiết kế này hướng tới mục tiêu giảm lượng rác thải pin khổng lồ từ các thiết bị đeo hiện nay.

Phó giáo sư Sharmistha Bhadra của Khoa Kỹ thuật Điện và Máy tính, đồng thời là người giám sát nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi sử dụng rất nhiều pin trong phòng thí nghiệm cho các thiết bị đeo. Chúng cuối cùng cũng hỏng và phải vứt đi. Dự án này đặt ra câu hỏi liệu chúng ta có thể tạo ra thứ gì đó vừa phân hủy sinh học vừa có độ đàn hồi mà vẫn hoạt động tốt hay không”.

Nhóm tập trung thay thế các điện cực kim loại nặng trong pin truyền thống bằng vật liệu phân hủy sinh học, đồng thời cải thiện hiệu suất.

Magie và molypden là hai kim loại thường được dùng trong các mẫu pin phân hủy sinh học. Chúng dễ phân hủy hơn kim loại nặng nhưng thường cho hiệu suất thấp. Ngoài ra, mẫu pin dùng magie còn gặp tình trạng xuất hiện lớp phản ứng hình thành trên bề mặt kim loại, gây cản trở giữa điện cực và chất điện giải. Điều này làm giảm điện áp và tuổi thọ pin

Để giải quyết vấn đề, các nhà nghiên cứu sử dụng hai loại axit tự nhiên là axit citric và axit lactic. Khi trộn với gelatin, các axit này ngăn lớp cản trở hình thành và giúp tăng đáng kể đầu ra của pin.

Nghiên cứu sinh Junzhi Liu, người dẫn dắt phát triển và thử nghiệm pin, giải thích: “Magie có thể tạo ra một lớp ngăn phản ứng giữa điện cực và chất điện giải. Chúng tôi phát hiện có thể phá vỡ lớp này bằng axit citric hoặc axit lactic, từ đó kéo dài tuổi thọ pin và tăng điện áp”.

Để pin trở nên linh hoạt cho sử dụng hằng ngày, nhóm nghiên cứu hòa hỗn hợp axit trong gelatin để tạo chất điện giải mềm và có độ đàn hồi.

Sau đó, họ cắt pin theo họa tiết kirigami, tức một kỹ thuật hình học cho phép vật liệu giãn nở và xoắn mà không bị rách.

Kirigami đã được sử dụng trong ngành điện tử co giãn, nhưng còn hiếm trong pin phân hủy sinh học. Khi thử nghiệm, thiết kế kirigami kéo giãn tới 80% mà không mất hiệu suất.

Nhóm cũng kết nối pin với một cảm biến áp suất để kiểm tra thực tế. Pin tạo ra khoảng 1,3 V, thấp hơn một chút so với pin AA tiêu chuẩn 1,5 V, nhưng đủ để vận hành thiết bị đeo.

Bà cho biết thiết kế này phù hợp với thiết bị cấy ghép y tế, thiết bị đeo mềm và có thể dùng cho cảm biến IoT (các thiết bị vật lý kết nối với mạng internet ) linh hoạt.

Nhóm nghiên cứu đang tìm kiếm đối tác để phát triển công nghệ. Các bước tiếp theo gồm thu nhỏ thiết kế cho thiết bị cấy ghép, nâng cao hiệu suất và kết hợp pin với mạch điện hoàn toàn phân hủy sinh học.

Phó giáo sư Bhadra nói: “Động lực chính là xử lý vấn đề rác thải điện tử đang gia tăng. Nếu bạn đến bãi rác, bạn sẽ thấy thiết bị điện tử bỏ đi chất đống nhiều năm. Chúng ta không giỏi tái chế và phần lớn rác thải này bị chuyển tới các nước thu nhập thấp. Chúng ta có thể giải quyết một phần vấn đề bằng cách phát triển thiết bị điện tử phân hủy sinh học".

Khánh Linh

Theo IE