Công nghệ pin mềm cho các thiết bị điện tử

Những thiết bị này sẽ là tương lai của công nghệ điện tử dân dụng, nhưng vẫn bị cản trở do để có thể hoạt động, trang thiết bị cần được cung cấp năng lượng, hiện vẫn phải thông qua ổ cắm hoặc sử dụng pin cứng và nặng.

Một pin lithium-ion trạng thái rắn, trong đó tất cả các thành phần (bộ thu hiện tại, cực dương và cực âm, chất điện phân và bao bì) đều có thể co giãn, tạo ra một thiết kế pin có tính chất cơ học phù hợp với các thiết bị điện tử linh hoạt và đàn hồi, có thể tích hợp vào quần áo hoặc mang đeo thực sự vô cùng cần thiết.

Cách đây không lâu, các nhà nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ ( ETH Zurich) phát triển một nguyên mẫu loại pin màng mỏng, linh hoạt, có thể uốn cong, kéo dài và thậm chí xoắn, tất cả được thực hiện với một chất điện phân hydrogel mới.

Loại pin mới này được chế tạo theo lớp, tương tự như pin điện thông thường, nhưng các nhà nghiên cứu chỉ sử dụng những thành phần, được chế tạo bằng vật liệu linh hoạt. Pin bao gồm chất điện phân hoàn toàn mới và hai phiến thu điện tích cực dương và cực âm.

Các phiến điện cực âm – đường được chế tạo từ polymer composite có thể uốn cong chứa hạt nano carbon dẫn điện, cũng là vỏ ngoài của pin.

Pin mềm mới với các vật liệu linh hoạt khác nhau. Nguồn ảnh: ETH Zurich

Các nhà nghiên cứu Thụy Sĩ tráng lớp bạc mỏng có độ dày cỡ micron lên bề mặt bên trong của composte và sau đó phun lớp bột cực dương (anode) và bột cực âm (cathode) lên một khu vực xác định của lớp bạc trên tấm điện cực.

Sau khi hoàn thành, các nhà khoa học xếp chồng hai bộ thu polymer composite với các điện cực tương ứng lên nhau, ngăn cách giữa 2 tấm bằng một lớp ngăn cách tương tự như khung trong ảnh, lấp đầy khoảng trống trong khung bằng vật liệu điện phân hydrogel mới.

Theo Markus Niederberger, giáo sư ngành vật liệu đa chức năng tại ETH Zurich, các thiết bị điện tử linh hoạt phải được cung cấp năng lượng bằng pin linh hoạt. Nhưng pin truyền thống có cấu trúc cứng và trạng thái vật rắn.

Để làm cho pin có thể uốn cong, vặn xoắn và kéo dài, không chỉ mọi thành phần như cực âm, cực dương, các phiến thu ion mà kể cả chất điện phân và vỏ cũng phải linh hoạt, các giao diện (bề mặt tiếp xúc) phải được tối ưu hóa để ngăn chặn sự phân tách lớp khi bị kéo dài.

Theo nhà khoa học, cần nghiên cứu và thử nghiệm nhiều hơn để tối ưu hóa nguyên mẫu ban đầu này, kế hoạch ban đầu là tăng số lượng các tấm thu điện cực mà pin có thể có, nhằm nâng cao công suất và tuổi thọ của thiết bị.

Do hầu hết các ứng dụng trong đời sống sẽ liên quan đến loại pin điện linh hoạt này, công nghệ pin linh hoạt sẽ khiến các thiết bị điện tử có mặt ở khắp nơi trong cuộc sống tương lai.