Hình ảnh minh họa về cấu trúc
pin xoắn ốc mới được phát triển tại Đại học Cornell (Ảnh: Nhóm
Weisner)
Kiến
trúc pin mới của nhóm nghiên cứu Đại học Cornell dựa trên một hình
dạng xốp phức tạp gọi là gyroid mà trước đây được sử dụng để tạo ra
phần lớn vật liệu kỳ diệu 2D graphene. Pin mới cũng sử dụng các màng
mỏng cacbon (dù không đủ mỏng để trở thành graphene) kết hợp vào một
hình xoắn ốc bằng cách sử dụng một quy trình được gọi là tự lắp
ráp đồng trùng hợp.
Gyroid cacbon hình thành nên cực dương của pin và chứa hàng ngàn lỗ nhỏ,
mỗi lỗ rộng khoảng 40 nm. Các lỗ này sau đó được phủ một lớp chất
cách dày khoảng 10 nm và sau đó một cực âm lưu huỳnh được bổ sung.
Thành phần cuối cùng để lấp đầy phần cuối cùng của các lỗ này là
một chất polyme dẫn điện có tên PEDOT.
Mỗi
một lỗ này có mọi thứ nó cần để lưu trữ và vận chuyển năng lượng,
biến chúng gần như trở thành những thỏi pin nhỏ xíu. Nhưng bằng cách
phân tán chúng khắp diện tích về mặt rộng lớn của hình xoắn ốc,
kiến trúc mới có thể nhồi nhét được mật độ điện lớn hơn rất nhiều so
với thiết kế pin truyền thống.
Theo
các nhà nghiên cứu, trong thực tế, điều đó có nghĩa rằng pin có thể sạc
lại trong ít giây, thậm chí nhanh hơn nữa.
“Kiến trúc 3 chiều này cơ bản loại bỏ mọi sự hao hụt do thể tích
chết trong thiết bị của bạn. Điều quan trọng hơn là thu nhỏ các chiều
của những khu vực liên thông này xuống kích thước nano như chúng tôi đã
làm mang lại mật độ điện cao hơn gấp nhiều lần. Nói cách khác, bạn
có thể tiếp cận năng lượng trong những khoảng thời gian ngắn hơn nhiều so
với những gì thường được làm với kiến trúc pin truyền thống”, nhà
nghiên cứu dẫn đầu Ulrich Wiesner cho biết.
Dù
có vẻ hứa hẹn nhưng nhóm cũng thừa nhận rằng thiết kế mới không
phải không có lỗi. Trong lúc pin nạp và xả, lưu huỳnh phồng to nhưng
lớp PEDOT thì không, do đó lớp PEDOT sẽ ăn mòn dần theo thời gian.
“Khi
lưu huỳnh phồng to, bạn có những mảnh nhỏ polyme tách ra và sau đó nó
không tái kết nối khi thu nhỏ lại. Điều này có nghĩa rằng có những
mảnh pin 3D mà bạn không thể tiếp cận sau đó”, Wiesner cho biết thêm.
Nhóm
đang tìm cách xử lí vấn đề và hiện đang tiến hành đăng ký sáng chế
cho ý tưởng của mình.
LH
(New Atlas)