Nghiên cứu sinh Yuan Yang đang cầm trên tay một cục pin trong suốt - kết quả từ quá trình nghiên cứu với giáo sư Yi Cui.
Tưởng chừng như chỉ xuất hiện trong các bộ phim viễn tưởng, mới đây, các nhà khoa học tại đại học Stanford đã phát triển thành công một loại pin trong suốt, rất dẻo và có thể so sánh về chi phí đối với pin lithium-ion thông thường. Đây sẽ là một bước tiến lớn nhằm biến những chiếc điện thoại hay thiết bị điện tử hoàn toàn trong suốt trở thành hiện thực.
Hiện tại, đã có nhiều công ty thành công trong việc tạo ra các thiết bị trong suốt như khung ảnh số, điện thoại với bàn phím "xuyên thấu", v.v... nhưng đó chỉ là một phần của thiết bị và trở ngại lớn nhất vẫn là pin.
Phó giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu tại phòng thí nghiệm gia tốc quốc gia SLAC - Yi Cui nói: "Bạn muốn mọi thứ trong suốt, vậy cục pin thì sao?" Trả lời cho câu hỏi này, Yi đã hợp tác cùng nghiên cứu sinh Yuan Yang - tác giả của chủ đề "Transparent lithium-ion batteries" đăng tải tên tạp chí "Proceedings of the National Academy of Sciences" số ra ngày 25 tháng 7, phát triển một loại pin trong suốt, phù hợp để sử dụng cho các thiết bị điện tử tiêu dùng.
Yi nói: "Tôi có thể khiến pin mạnh hơn và thậm chí trông độc đáo hơn." Do các vật liệu hoạt hóa quan trọng trong pin lithium-ion không thể được làm trong suốt hoặc thay thế bằng các vật chất khác nên Yang và Yi nhận ra rằng họ cần phải tìm cách chế tạo một loại pin với các vật liệu không trong suốt với kích thước "đủ nhỏ" để chúng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường.
Do năng suất phân giải của mắt người chỉ vào khoảng từ 50 đến 100 micron (1 micron = 0,001 mm) nên "Nếu một vật nào đó nhỏ hơn 50 micron thì mắt của bạn sẽ cho cảm giác vật đó trong suốt", Yang cho biết.
Yang và Yi đã nghĩ ra một bộ khung dạng lưới dành cho các điện cực của pin. Mỗi "dây" lưới có bề rộng chỉ xấp xỉ 35 micron. Ánh sáng có thể xuyên qua khoảng trống giữa các sợi dây lưới và do dây lưới quá mỏng nên bộ khung gần như trong suốt. Không chỉ phát triển thành công thiết kế pin độc đáo, cả 2 nhà nghiên cứu tiếp tục tìm kiếm giải pháp sản xuất pin giá rẻ từ các vật liệu sẵn có.
Trước tiên, thay cho đồng hay nhôm thì 2 nhà nghiên cứu đã tìm ra một vật liệu thay thế trong suốt. Cụ thể là một hợp chất có đặc tính giống cao su được biết đến với tên gọi Polydimethylsiloxane (PDMS).
Yang nói: "PDMS có giá rất rẻ và hiện tại đang được sử dụng làm vật liệu tạo hình trong phẫu thuật và kính áp tròng. Tuy nhiên, nó lại không dẫn điện và chúng tôi buộc phải bổ sung các kim loại vào PDMS để khiến nó dẫn điện." Để làm được điều này, PDMS được đổ vào các khuông bằng silicon để tạo nên các rãnh dạng lưới. Một tấm phim kim loại được làm khô ngay trên các rãnh và tạo nên một lớp dẫn điện. Các nhà nghiên cứu sau đó nhỏ một dung dịch lỏng chứa các vật liệu hoạt hóa làm điện cực với kích thước nano lên các rãnh đã tạo trên PDMS.
Tiếp theo, Yang phát triển một vật chất trong suốt đặc biệt để có thể được đặt vào giữa các điện cực. Anh đã biến đổi một loại gel điện phân sẵn có để nó đóng vai trò vừa làm chất điện phân vừa làm lớp phân tách. Đây là yếu tố quan trọng khiến pin có thể trong suốt bởi tất cả các vật liệu được dùng làm lớp phân tách trong pin lithium-ion thông thường đều không trong suốt.
Với việc lắp đặt chính xác một lớp điện phân vào giữa 2 điện cực, cục pin trong suốt của Yang và Yi đã có thể hoạt động. Và nếu lắp đặt nhiều lớp điện phân vào pin theo cách tương tự thì họ sẽ có những cục pin lớn hơn và mạnh hơn. Pin sẽ duy trì độ trong suốt nếu mạng lưới dây siêu mỏng bên trong giữ được sự liên kết. Yang và Yi đã thực hiện các bài kiểm tra hệ số truyền ánh sáng và kết quả thu được cho thấy pin có độ trong suốt đến 62% dưới ánh sáng thấy được và xấp xỉ 60% khi dùng 3 cục pin chồng lên nhau. Không chỉ trong suốt, pin của Yang và Yi cũng có tính dẻo cao.
Nói về chi phí sản xuất, Yi tự tin phát biểu: "Chi phí sản xuất của pin trong suốt có thể tương đương với pin thông thường. Đặc biệt, nếu chúng tôi sử dụng kim loại giá rẻ làm bộ gom điện thì không có lý do gì khiến pin có giá mắc cả!"
Giới hạn duy nhất đối với pin trong suốt là sức mạnh chỉ bằng một nửa so với pin lithium-ion cùng kích cỡ. Yang nói: "Mật độ năng lượng của pin hiện tại thấp hơn so với pin lithium-ion. Tuy nhiên, nó có thể so sánh với pin nickel-cadmium."
Hầu hết máy tính xách tay và điện thoại di động đều hoạt động bằng pin lithium-ion trong khi pin nickel-cadmium lại được sử dụng cho máy ảnh và các thiết bị không cần nhiều năng lượng khác.
Yang và Yi lạc quan cho rằng sự phát triển của ngành khoa học vật liệu hiện nay sẽ giúp họ cải tiến mật độ năng lượng của pin trong suốt. Quy trình sản xuất có thể thực hiện với quy mô lớn và đây sẽ là tiềm năng thương mại hóa pin trong suốt trong tương lai.
Khi được hỏi về lý do cần phải có các thiết bị trong suốt hay pin trong suốt thì Yi trả lời: "Nó rất phù hợp để thực hiện các nghiên cứu khoa học cơ bản. Với pin trong suốt, bạn có thể nghiên cứu điều gì đang xảy ra bên trong khi pin đang hoạt động." Yi còn nói đùa: "Tôi muốn nói chuyện với Steve Jobs về phát minh này. Tôi muốn một chiếc iPhone trong suốt!"
Theo: Engadget
