Chuyển hiệu suất điện hóa của pin định cỡ lớn sang các nguồn năng lượng siêu nhỏ là một thách thức công nghệ đã từ lâu, hạn chế khả năng cấp nguồn cho các thiết bị, robot siêu nhỏ và thiết bị y tế cấy ghép.

Nhóm các nhà nghiên cứu đã phát triển loại pin lithium được hàn kín (đóng chặt để tránh tiếp xúc với không khí xung quanh), bền, nhỏ gọn, có tỷ lệ khối lượng đặc biệt thấp ở các cấu hình xếp chồng đơn, đôi và ba với điện áp hoạt động và mật độ năng lượng cao chưa từng có.

Chúng ta cần những cục pin siêu nhỏ mạnh mẽ để khai thác toàn bộ tiềm năng của các thiết bị siêu nhỏ. Pin siêu nhỏ được phát triển bằng cách cải tiến cấu trúc điện cực và đưa ra những thiết kế pin sáng tạo. Vấn đề là khi pin trở nên nhỏ hơn, phần đóng gói chiếm tỉ lệ lớn về khối lượng, trong khi diện tích điện cực trở nên nhỏ hơn. Điều này dẫn đến việc giảm đáng kể năng lượng và sức mạnh của pin.

Trong thiết kế độc đáo của mình về pin siêu nhỏ mạnh mẽ, nhóm nghiên cứu đã phát triển công nghệ đóng gói mới sử dụng bộ thu dòng điện cực dương và cực âm như một phần của chính phần vỏ (chứ không phải là một thực thể riêng biệt). Điều này cho phép khối lượng nhỏ gọn, trong đó, phần khối lượng vỏ chiếm tỉ lệ thấp (10,2% của pin). Ngoài ra, họ xếp chồng các ô điện cực theo chiều dọc (do đó điện áp của mỗi ô tăng thêm), điều này đảm bảo điện áp hoạt động cao của pin.

Một cách khác để cải thiện các pin siêu nhỏ này là sử dụng các điện cực dày đặc mang lại mật độ năng lượng cao. Các điện cực thông thường chiếm gần 40% thể tích bởi polyme và phụ gia cacbon (không phải vật liệu hoạt tính). Nhóm nghiên cứu đã phát triển các điện cực bằng kỹ thuật lắng đọng điện cực trực tiếp ở nhiệt độ trung gian, hoàn toàn đậm đặc và không có chất phụ gia polyme và cacbon. Các điện cực đặc hoàn toàn này cung cấp mật độ năng lượng thể tích cao hơn so với các điện cực thương mại. Pin siêu nhỏ trong nghiên cứu này được chế tạo bằng cách sử dụng các điện cực DirectPlate^TM LiCoO₂ mạ điện dày đặc được sản xuất bởi Xerion Advanced Battery Corporation (XABC, Dayton, Ohio).

Cho đến nay, kiến ​​trúc điện cực và thiết kế cell pin ở quy mô micro-nano đã bị giới hạn bởi mật độ năng lượng nhất định. Công việc của các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc tạo ra một nguồn năng lượng ở quy mô vi mô nhưng vẫn đảm bảo có mật độ năng lượng rất cao.

Một ứng dụng quan trọng của các loại pin siêu nhỏ này bao gồm cung cấp năng lượng cho các robot siêu nhỏ có kích thước bằng côn trùng để thu thập thông tin có giá trị trong các thảm họa thiên nhiên, các nhiệm vụ tìm kiếm và cứu nạn cũng như trong những môi trường nguy hiểm nơi con người không thể tiếp cận trực tiếp. Chi tiết tham khảo tại:

Sungbong Kim, Arghya Patra, Ryan R. Kohlmeyer, Seongbin Jo, Xiujun Yue, Alissa Johnson, Chadd T. Kiggins, Beniamin Zahiri, Keunhong Jeong, Jahyun Koo, Taewook Kang, Pengcheng Sun, John B. Cook, James H. Pikul, Paul V. Braun. Serially integrated high-voltage and high power miniature batteries. Cell Reports Physical Science, 2022; 101205 DOI: 10.1016/j.xcrp.2022.101205

(Sưu tầm)
VIỆN IMC
Tòa nhà IMC Tower, Số 176 Trường Chinh, Phường Khương
Thượng, Quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Tel/Fax : (+84) 24 3566 6232 / 24 3566 6234
Email: info@imc.org.vn   Website: https://imc.org.vn