Pin lithium-ion có thể co giãn và in được

Nhóm nhà nghiên cứu, dẫn đầu bởi Tiến sĩ Jeong Gon Son từ Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Lai mềm Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST; Chủ tịch: Seok-Jin Yoon), thông báo đã phát triển một loại pin lithium, trong đó tất cả các vật liệu - bao gồm cực dương, cực âm, bộ thu dòng, chất điện phân và chất đóng gói - có thể kéo giãn và in được.

Pin lithium mềm, có thể biến dạng cơ học và co giãn.

Pin lithium do nhóm phát triển sở hữu dung lượng cao và đặc điểm dạng tự do phù hợp với biến dạng cơ học. Do nhu cầu ngày càng tăng nhanh chóng đối với mọi thiết bị đeo có hiệu suất cao - chẳng hạn như dây đeo thông minh, thiết bị điện tử có thể cấy ghép như máy tạo nhịp độ và thiết bị đeo mềm sử dụng trong siêu thị thực tế, sự phát triển của pin mềm (có thể kéo giãn như da và nội tạng của con người) đã và đang thu hút nhiều sự quan tâm của giới khoa học cũng như người dùng. Điện cực cứng, vô cơ của pin thông thường chiếm phần lớn thể tích pin nên rất khó kéo giãn.

Các thành phần khác - chẳng hạn như bộ phân tách, bộ thu dòng điện và chuyển điện tích - cũng phải kéo giãn được, và vấn đề rò rỉ chất lỏng điện phân phải được giải quyết. Nhằm tăng cường khả năng co giãn, nhóm nhà nghiên cứu tránh sử dụng những vật liệu được sử dụng trong các nghiên cứu khác không cần thiết để lưu trữ năng lượng, chẳng hạn như cao su. Sau đó, một vật liệu gel hữu cơ mềm và co giãn mới đã được phát triển và ứng dụng dựa trên vật liệu kết dính hiện có. Vật liệu này giữ chắc vật liệu điện cực hoạt động tại chỗ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền các ion.

Ngoài ra, một loại mực dẫn điện cũng được chế tạo bằng cách sử dụng loại vật liệu có khả năng co giãn tuyệt vời cùng với đặc tính rào cản khí phục vụ như vật liệu thu dòng điện chuyển các điện tử và chất bao bọc có thể hoạt động ổn định ngay cả ở điện áp cao và ở các trạng thái biến dạng khác nhau mà không bị phồng lên do sự hấp thụ chất điện ly.

Hình minh họa sơ đồ của tế bào được lắp ráp pin lithium-ion co giãn hoàn toàn.

Loại pin do nhóm phát triển cũng có thể kết hợp một số loại vật liệu pin lithium-ion hiện có, vì chúng thể hiện mật độ lưu trữ năng lượng tuyệt vời ở mức tương tự như pin lithium-ion cứng bán sẵn trên thị trường khi lái xe điện áp từ 3,3 vôn trở lên. Tất cả thành phần cấu thành của pin lithium-ion có thể co giãn của nhóm đều có độ ổn định cơ học nhằm duy trì hiệu suất của chúng ngay cả sau khi kéo pin lặp đi lặp lại 1.000 lần trở lên, khả năng co giãn cao từ 50% trở lên và ổn định lâu dài trong không khí.

Hơn nữa, nhóm nghiên cứu đã trực tiếp in các vật liệu điện cực và bộ thu dòng điện mà họ phát triển ở hai bên của một thiết bị sưởi ấm cánh tay làm bằng vải thun và áp dụng chất đóng gói có thể co giãn vào vật liệu, chứng minh khả năng in một loại pin hữu cơ điện áp cao co giãn trực tiếp trên quần áo. Bằng cách sử dụng pin mới này, nhóm nhà nghiên cứu có thể cung cấp năng lượng liên tục cho đồng hồ thông minh ngay cả khi nó đang được đeo vào, tháo ra hoặc kéo dài.

Tiến sĩ Son tại KIST tuyên bố nhóm của ông phát triển một công nghệ pin lithium-ion có thể co giãn cung cấp cả sự tự do về cấu trúc do cấu hình dạng tự do của pin cho phép nó được in trên mọi vật liệu như vải và vật liệu. Ngoài ra, độ ổn định kéo căng cho phép mật độ năng lượng cao và biến dạng cơ học. Son tuyên bố hệ thống lưu trữ năng lượng co giãn do nhóm phát triển dự kiến sẽ áp dụng cho sự phát triển các thiết bị đeo hoặc gắn vào cơ thể.

Hình minh họa sơ đồ về pin co giãn được in trên vải bao gồm các điện cực co giãn có thể in được, chất đóng gói và vải làm bộ phân tách có thể co giãn; hình ảnh mặt cắt ngang của kính hiển vi điện tử quét của pin co giãn được in trên vải căng; thay đổi công suất như một hàm của biến dạng; thay đổi điện áp và dòng điện pin co giãn được in trên ống tay co giãn dưới các biến dạng góc cạnh khác nhau ở khuỷu tay; hình ảnh chụp đồng hồ thông minh hoạt động liên tục được kết nối với pin lithium-ion co giãn trên vải căng trước; và sau khi đeo và kéo căng.

Trang Thuần (Tổng hợp)