Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Trịnh Châu đang khám phá các công nghệ tự phục hồi tiên tiến nhằm khắc phục những hạn chế của pin truyền thống và nâng cao hiệu suất.
Khi nhu cầu về pin hiệu suất cao và lâu dài ngày càng tăng, đặc biệt là với sự phổ biến của thiết bị điện tử di động và công nghệ đeo được, các nhà nghiên cứu tại Đại học Trịnh Châu đã có những bước tiến đáng kể trong việc giải quyết những hạn chế của thiết kế pin truyền thống.
Pin thông thường tuy phổ biến nhưng lại rất dễ bị ảnh hưởng bởi ứng suất cơ học, thường dẫn đến nứt, gãy và giảm hiệu suất.
Trong những trường hợp cực đoan, những vấn đề này có thể dẫn đến các mối nguy hiểm nghiêm trọng về an toàn, bao gồm rò rỉ chất độc hoặc đoản mạch. Nhận thức được những thách thức này, các nhà khoa học đã bắt đầu khám phá lĩnh vực vật liệu tự phục hồi đầy sáng tạo, một giải pháp đầy hứa hẹn giúp đảm bảo độ tin cậy lâu dài và tăng cường an toàn trong công nghệ pin.
Vào tháng 3 năm nay, các nhà nghiên cứu đã công bố một bài đánh giá chi tiết trên tạp chí Energy Materials and Devices, nêu chi tiết những tiến bộ trong công nghệ pin tự phục hồi.
Bài đánh giá này xem xét một cách có hệ thống việc tích hợp thành công vật liệu tự phục hồi vào các thành phần thiết yếu của pin, bao gồm điện cực, chất điện phân và lớp bao bọc. Trong số những khám phá được nêu bật, có những chiến lược mới tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất và độ bền, từ đó tạo nền tảng vững chắc cho những đột phá trong tương lai về hệ thống lưu trữ năng lượng.
Bài đánh giá thảo luận về một số phát triển đột phá. Liên quan đến điện cực, nhóm nghiên cứu đã chế tạo anode silicon và kim loại lỏng có khả năng tự động sửa chữa các vết nứt do ứng suất cơ học hoặc thể tích giãn nở trong các chu kỳ sạc. Khả năng tự sửa chữa này không chỉ giúp duy trì hiệu suất điện hóa mà còn kéo dài đáng kể tuổi thọ của pin.
Khi nghiên cứu chất điện phân, các nhà khoa học đã tạo ra những vật liệu tự phục hồi tiên tiến, từ polyme dạng gel đến cấu trúc trạng thái rắn, được thiết kế để khôi phục độ dẫn ion và ngăn ngừa hiện tượng đoản mạch.
Ví dụ, chất điện phân dạng gel tự phục hồi sử dụng liên kết hydro động cho phép chúng tái tạo cấu trúc chỉ trong vài phút, trong khi chất điện phân dạng rắn tận dụng liên kết cộng hóa trị thuận nghịch để tăng cường độ bền cơ học và độ ổn định.
Vật liệu đóng gói cũng đã được phát triển để bảo vệ cấu trúc pin bên trong khỏi tác hại của môi trường, từ đó cải thiện độ bền tổng thể. Một tiến bộ nổi bật là việc ứng dụng các liên kết cộng hóa trị động - chẳng hạn như liên kết este disulfide và boronate - có khả năng phục hồi các kết nối bị đứt trong điều kiện nhẹ nhàng.
Ngoài ra, các tương tác phi cộng hóa trị, chẳng hạn như liên kết hydro và lực tĩnh điện, tạo điều kiện cho quá trình tự phục hồi nhanh chóng. Đáng chú ý, điện cực kim loại lỏng thể hiện khả năng tự phục hồi gần như tức thời, đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng linh hoạt và đeo được.
Tiến sĩ Li Song, nhà nghiên cứu hàng đầu của dự án, đã nhấn mạnh tầm quan trọng của những phát hiện này: “Pin tự phục hồi đại diện cho một bước chuyển đổi mô hình trong công nghệ lưu trữ năng lượng. Bằng cách kết hợp các vật liệu có khả năng tự phục hồi hư hỏng, chúng tôi đang giải quyết một số thách thức quan trọng nhất về độ bền và độ an toàn của pin. Công nghệ này có tiềm năng cách mạng hóa không chỉ thiết bị điện tử tiêu dùng mà còn cả xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng tái tạo.”
Những tiến bộ được làm sáng tỏ trong nghiên cứu không chỉ cho thấy khả năng đột phá của vật liệu tự phục hồi mà còn nhấn mạnh những ứng dụng tiềm năng của chúng đối với tương lai của các giải pháp lưu trữ năng lượng. Khám phá này có thể mở đường cho các hệ thống pin mạnh mẽ, an toàn và đáng tin cậy hơn, sẵn sàng đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của công nghệ hiện đại.
