Sản xuất thành công pin sợi dẻo dài nhất thế giới, có thể dệt vào quần áo, in 3D vào thiết bị

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại pin sạc lithium-ion, với đặc điểm đáng chú ý là nó ở dạng sợi cực dài, thậm chí có thể dệt vào vải. Loại pin này được kỳ vọng sẽ mở ra một cánh cửa mới cho các thiết bị điện tử đeo được và sản xuất pin in 3D ở hầu hết mọi hình dạng.

Nó có thể mang đến những khả năng mới cho các thiết bị liên lạc, cảm biến, và các thiết bị có thể được mặc lên người như quần áo thông thường, cũng như các thiết bị mà pin có thể trở thành một phần của cấu trúc.

Trong một thử nghiệm chứng minh tính khả thi của ý tưởng, nhóm nghiên cứu đã sản xuất sợi pin dẻo dài nhất thế giới, lên đến 140 mét, để chứng minh rằng vật liệu có thể được sản xuất với độ dài tùy ý. Nghiên cứu này được thực hiện bởi ba tác giả chính, Tural Khudiyev (hiện là phó giáo sư tại Đại học Quốc gia Singapore), Jung Tae Lee (hiện là giáo sư tại Đại học Kyung Hee) và Benjamin Grena (hiện làm việc tại Apple), ngoài ra còn có các cộng sự khác, tất cả đều đã từng hoặc đang công tác tại Viện Công nghệ Massachusetts.

Các nhà nghiên cứu trước đây đã thành công trong việc chế tạo sợi chứa nhiều loại linh kiện điện tử, bao gồm đèn LED, cảm biến quang, hệ thống liên lạc kỹ thuật số. Nhiều loại sợi trong số này có thể đeo được và có thể giặt được, giúp chúng thiết thực để sử dụng trong các sản phẩm gia dụng, nhưng tất cả cho đến nay đều phụ thuộc vào nguồn điện bên ngoài. Giờ đây, loại pin sợi này cũng có thể mặc/đeo được và có thể giặt được, sẽ cho phép các thiết bị như vậy hoạt động hoàn toàn độc lập.

Pin sợi tiếp tục cấp nguồn cho đèn LED ngay cả sau khi cắt một phần, cho thấy hệ thống pin sợi này không bị mất chất điện phân và không bị đoản mạch.

Pin sợi mới được sản xuất bằng cách sử dụng gel pin và một hệ thống kéo sợi tiêu chuẩn và sau đó làm nóng nó đến ngay dưới điểm nóng chảy. Vật liệu được hút qua một lỗ hẹp để nén tất cả các bộ phận xuống chỉ còn một phần nhỏ so với đường kính ban đầu của chúng, trong khi vẫn duy trì sự sắp xếp của các bộ phận.

Trước đây cũng đã có những nghiên cứu tạo ra pin dạng sơi, nhưng chúng được cấu tạo với những vật liệu quan trọng ở bên ngoài sợi, trong khi loại pin mới sẽ đưa tất cả vào bên trong sợi, sau đó phủ một lớp bảo vệ bên ngoài, nhờ đó nó ổn định hơn và không thấm nước.

Việc có thể tạo ra sợi pin dài 140m cho thấy rằng không có giới hạn về độ dài cho công nghệ này, các nhà nghiên cứu cho rằng họ có thể nâng chiều dài lên đến hàng kilomet.

Pin sợi kéo nhiệt (bên phải) có khả năng chống cháy nhờ các điện cực gel và chất điện phân gel, trong khi pin sợi với chất điện phân lỏng (bên trái) ngay lập tức bắt lửa và bung ra

Ngoài ra, pin sợi mỏng hơn và linh hoạt hơn với tỷ lệ chiều dài trên chiều rộng có thể lên đến một triệu, vượt xa các thiết kế khác, điều này giúp việc tạo ra các loại vải kết hợp pin trở nên khả thi.

Sợi pin dài 140 m có khả năng lưu trữ năng lượng là 123 mAh, có thể sạc smartwatch hoặc điện thoại. Nó chỉ dày vài trăm micron, mỏng hơn bất pin dạng sợi nào trước đây.

Nhóm đã chứng minh tích hợp đèn LED và pin Li-ion trong một sợi dây duy nhất và tin rằng hơn ba hoặc bốn thiết bị có thể được kết hợp trong một không gian nhỏ như vậy trong tương lai.

Ngoài dạng các sợi nhỏ kết hợp vào quần áo, vật liệu pin này cũng có thể được sử dụng trong in 3D hoặc các hệ thống hình dạng tùy chỉnh để tạo ra các vật thể rắn, chẳn hạn như một lớp vỏ bọc có thể cung cấp nguồn điện.

Một chiếc tàu ngầm đồ chơi được bọc bằng sợi pin

Để chứng minh khả năng này, một chiếc tàu ngầm đồ chơi đã được bọc bằng sợi pin nhằm cung cấp năng lượng. Việc kết hợp nguồn điện vào cấu trúc của các thiết bị như vậy có thể làm giảm trọng lượng tổng thể và do đó cải thiện hiệu suất và phạm vi hoạt động của chúng. Nếu bạn muốn tạo ra vật thể phức tạo kết hợp với pin thông qua in 3D thì đây chính là công nghệ giúp bạn làm được điều đó. Sau khi in, bạn không cần phải thêm thứ gì khác vì mọi thứ đã ở bên trong.

Nhóm nghiên cứu đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế và sẽ tiếp tục cải tiến hơn nữa về công suất, vật liệu để nâng cao hiệu quả. Những loại pin sợi như vậy có thể sẵn sàng sử dụng trong các sản phẩm thương mại trong vòng vài năm tới.

HT (theo khoahoc.tv)