Pin co giãn thường dùng trong quần áo thông minh dành cho người chơi thể thao nhằm ghi lại vận động cơ hoặc trong thiết bị y tế như miếng dán đo nhịp tim, đai giám sát bào thai, thiết bị phân tích mồ hôi dành cho người bị tiểu đường...
Các loại pin hiện tại không giặt được do cảm biến và bo mạch có thể đính kèm vĩnh viễn trên quần áo thông minh, bởi vậy việc thường xuyên phải tháo ra trước khi giặt, gây bất tiện.
Nhóm nghiên cứu của TS Nguyễn Ngọc Tân, Đại học British Columbia (Canada) đã chế tạo thành công pin co giãn, khắc phục được những nhược điểm của pin hiện tại.
Họ bắt tay nghiên cứu từ đầu năm 2019, đến tháng 12 cho ra đời mô hình pin đầu tiên. Pin có kích cỡ và dung lượng khác nhau, từ 1mAh (khoảng 1,5 cm2, chiều dày khoảng 1 mm) đến 300 mAh (300 cm2, chiều dày khoảng 1,3 mm). Pin có khả năng kéo giãn đến 100% chiều dài (tức gấp đôi ban đầu) và có thể giặt được trong máy giặt đến 39 lần.
Loại vật liệu được lựa chọn là kẽm và mangan oxide cùng dung dịch muối nồng độ thấp, độ pH trung hòa. Theo TS Tân, hóa chất này an toàn hơn so với thành phần của pin lithium-ion thông thường, tránh tình trạng cháy nổ và không tạo ra hóa chất độc hại nếu có bị vỡ hoặc rò rỉ nên không ảnh hưởng đến sức khỏe người sử dụng. Hỗn hợp được nghiền nhỏ, kết dính bằng một loại polymer có tính co giãn tốt và khả năng giữ dung dịch cao.
Pin co giãn có thể uốn cong. Ảnh: NVCC
Anh Tân cho biết, tình cờ phát hiện pin có thể giặt mà không ảnh hưởng tới chất lượng so với ban đầu. Nhóm đã thử nghiệm ở các chế độ giặt khác nhau, từ giặt lạnh đến giặt nóng (khoảng 80 độ C), từ không có bột giặt đến bột giặt có độ kiềm cao (pH ~ 13). Sau khi quay trong máy giặt gia đình (khoảng 24 lần, mỗi lần giặt khoảng 1,5 tiếng) và trong máy giặt tăng tốc (15 lần, mỗi lần 15 phút), pin vẫn có khả năng như trước lúc giặt.
Nhóm tìm hiểu và phát hiện, việc pin không bị ảnh hưởng khi giặt là nhờ lớp polymer được sử dụng trong tất cả các thành phần tạo thành viên pin (lớp bao bọc, bản cực đến màng ngăn cách). Lớp polymer giúp ngăn nước thẩm thấu vào pin đồng thời tạo nên sự kết dính giữa các lớp mang lại khả năng chống chịu kéo giãn tốt. Nhờ đó tuổi thọ pin có thể lên đến hơn 2 năm, lớn hơn nhiều so pin co giãn thông thường (chỉ từ vài tuần đến vài tháng).
Loại pin này để đáp ứng nhu cầu phát triển ngành công nghệ wearable (thiết bị công nghệ có thể đeo trên người có tích hợp bộ xử lý hay công nghệ điện tử).
TS Nguyễn Ngọc Tân trong phòng thí nghiệm. Ảnh: NVCC
GS Jian Liu, một trong những giáo sư nổi tiếng với các nghiên cứu về pin tại Đại học British Columbia, cho biết pin co giãn là lĩnh vực rất mới và có nhiều thử thách. Tạo ra viên pin giặt được mở ra một cơ hội mới cho các ứng dụng thông minh đeo được. Ông cũng cho rằng, sử dụng điện cực Zn – MnO2 là một lựa chọn khá thách thức bởi những khó khăn mà loại hóa chất này mang lại. Tuy nhiên phương án này có thể khá hợp lý cho pin co giãn, khi mà yêu cầu về tuổi thọ và hiệu suất không cao như pin truyền thống, nhưng độ an toàn là ưu tiên hàng đầu.
Nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí Advanced Energy Materials. Đại học British Columbia đã gửi hồ sơ lên phòng bản quyền ở Mỹ và Canada xin cấp bằng sáng chế. Hiện sáng chế này cũng đang thu hút sự quan tâm khi một số công ty tìm đến để hợp tác sử dụng công nghệ pin trong các sản phẩm công nghệ.
Nhóm nghiên cứu cho biết tiếp tục tìm cách cải thiện tuổi thọ, vòng đời của pin và kỳ vọng nếu được sản xuất với số lượng lớn có thể giảm giá thành, tương đương với pin sạc thông thường. TS Tân cho biết, họ có ý tưởng dùng pin co giãn để làm dây đeo đồng hồ điện tử và thay thế cho viên pin trong đồng hồ, giúp giảm khối lượng. "Đồng hồ điện tử này có thể hoạt động trong vài tháng mà không cần phải sạc", anh nói.
Một ứng dụng pin co giãn làm dây đeo đồng hồ điện tử do nhóm của TS Nguyễn Ngọc Tân phát triển.
Sinh năm 1987 tại Quảng Trị, Nguyễn Ngọc Tân tốt nghiệp Đại học Bách khoa Đà Nẵng, sau đó theo học thạc sĩ cơ khí tại Đại học Inje, Hàn Quốc. Anh nhận học bổng tiến sĩ Marie Skłodowska-Curie Actions ở châu Âu và hoàn thành chương trình nghiên cứu tiến sĩ liên kết giữa Đại học Valenciennes (Pháp) và Đại học British Columbia (Canada) năm 2019.
Hướng nghiên cứu của anh chủ yếu về vật liệu polymer dẫn điện, pin Zn-MnO2 và pin Lithium-ion. Hiện nhóm nghiên cứu do anh dẫn đầu đang hướng tới sử dụng pin Zn-MnO2 trong các ứng dụng lưu trữ năng lượng cỡ lớn (pin mặt trời và điện gió) từ MW đến GW. Những ưu điểm vượt trội của loại pin này so với Lithium-ion là giá thành rẻ (khoảng 1/7 pin Lithium-ion), hầu như không có nguy cơ bị cháy nổ, thân thiện với môi trường.
Chia sẻ với Vnexpress từ Canada, TS Tân nói có kế hoạch sẽ trở về Việt Nam, đem kiến thức và kinh nghiệm đóng góp cho công nghệ nghiên cứu, sản xuất pin trong nước. "Không bao giờ bỏ cuộc" là điều anh luôn tâm niệm trong quá trình làm khoa học.
Như Quỳnh