Pin uốn cong có thể thay đổi tương lai công nghệ

5 giờ trướcBài gốc

Các nhà nghiên cứu tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc gần đây đã hoàn thành một nghiên cứu mô tả thiết kế và phát triển chất điện giải hydrogel sử dụng urea và kẽm axetat, giúp pin kẽm-ion có thể uốn cong mà không làm giảm điện áp.

Các nhà khoa học đạt bước đột phá đáng kinh ngạc với pin uốn cong có thể thay đổi tương lai công nghệ.

Chất điện giải hydrogel mang lại hy vọng lớn trong việc giải quyết các vấn đề nghiêm trọng của pin kẽm-ion nước (AZIBs). Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu về pin linh hoạt và thân thiện với môi trường, việc phát triển chất điện giải hydrogel chi phí thấp và có độ bền cơ học cao vẫn là một thách thức.

Ở đây, bằng cách sử dụng chất hòa tan kẽm ưa thích là urea, các nhà khoa học đã phá vỡ giới hạn nồng độ truyền thống của muối Zn(Ac)2 giá rẻ và đưa nó vào cấu trúc hydrogel. Hiệu ứng "tách muối" giúp các chuỗi polymer tạo thành các bó chặt chẽ hơn và có hiệu ứng xoắn. Chất điện giải hydrogel hình thành có thể chịu được độ giãn dài lên đến 557% và cường độ nén 3,7 MPa, đủ để chống lại quá trình mạ/tách kẽm lặp đi lặp lại và các tác nhân vật lý bên ngoài.

Lớp giao diện điện giải rắn polyurea (SEI) được hình thành tại chỗ mang lại giao diện anốt/điện giải ổn định nhiệt động lực học. Khi sử dụng chất điện giải hydrogel, anốt kẽm cho thấy tính đảo ngược cao, đạt hiệu suất Coulombic trung bình (CE) là 99,93% qua 150 chu kỳ trên pin Zn//Cu. Khi lắp ráp với catốt NH4V4O10 (NVO), pin hoàn chỉnh cung cấp dung lượng cao 253,8 mAh g-1 trong hơn 1000 chu kỳ với độ bền tại 1 A g-1.

Pin dạng túi cũng đạt dung lượng cao 280,7 mAh g-1 tại 500 mA g-1, duy trì độ ổn định với tỷ lệ giữ dung lượng 90,13% sau 200 chu kỳ, và giữ được điện áp ổn định ngay cả khi bị uốn cong và gập lại.

Nghiên cứu, được công bố trên ấn bản quốc tế của tạp chí Angewandte Chemie, hướng đến việc tìm kiếm một giải pháp thay thế cho các phương pháp cải thiện tính linh hoạt truyền thống. Chẳng hạn, chất điện giải trạng thái gần rắn thường gặp phải các hạn chế về chi phí, độ bền và tác động môi trường - những hạn chế mà hợp chất kẽm axetat giá rẻ và thân thiện với môi trường đã vượt qua.

Tuy nhiên, quá trình nghiên cứu không phải không có trở ngại. Theo một bài tóm tắt trên Tech Xplore, độ hòa tan kém của kẽm axetat gây cản trở hiệu suất, buộc các nhà nghiên cứu phải phát triển một chiến lược "tách muối" - tức là loại bỏ các lớp vỏ hydrat xung quanh chuỗi polymer - để tăng cường độ bền của chất điện giải.

Phương pháp này vượt qua những giới hạn thông thường của muối kẽm axetat giá thấp, giúp nó bền bỉ hơn trước hao mòn," nhà nghiên cứu Lý Triệu Thiên (Li Zhaoqian) cho biết. "Nó cho phép vật liệu chịu được các quá trình lặp đi lặp lại của việc mạ và tách kẽm, cũng như các tác động vật lý khác, từ đó cải thiện độ bền tổng thể".

Pin kẽm-ion được sử dụng trong nhiều ứng dụng, từ công nghệ thông minh đến xe điện và lưu trữ năng lượng tái tạo, là một giải pháp thay thế bền vững hơn nhiều so với pin lithium-ion, vốn đắt đỏ trong việc khai thác nguyên liệu và chứa các chất gây ô nhiễm nguy hiểm.

Khi ô nhiễm carbon tiếp tục khiến hành tinh của chúng ta nóng lên, đe dọa sự ổn định của thời tiết, tài nguyên và sức khỏe cộng đồng, việc tìm cách cải thiện các kỹ thuật năng lượng sạch hiện tại ngày càng trở nên thiết yếu. Đặc biệt, việc tăng tính linh hoạt vật lý của pin, theo Lý, "nhấn mạnh tiềm năng ứng dụng của nó trong các thiết bị điện tử di động và đeo được," vốn đang ngày càng phổ biến dưới dạng đồng hồ, nhẫn, hay thậm chí là quần áo.

Hiện tại, pin kẽm-ion ít phổ biến hơn pin lithium-ion do những hạn chế đã đề cập, mặc dù chúng có tuổi thọ cao và chi phí hợp lý. Tuy nhiên, những cải tiến như sản phẩm từ nghiên cứu mới nhất này chắc chắn sẽ làm nổi bật lợi ích và bù đắp chi phí, tạo điều kiện cho việc tích hợp chúng vào nhiều lĩnh vực khác nhau.

Đức Bình

Nguồn Xây Dựng : https://baoxaydung.vn/pin-uon-cong-co-the-thay-doi-tuong-lai-cong-nghe-192250803221013463.htm