Băng dán giữ nhiệt biến thành pin trong thời tiết lạnh

Các hoạt động ngoài trời như chạy marathon trên núi hay thám hiểm, thường diễn ra trong môi trường khắc nghiệt, nơi việc duy trì năng lượng và nhiệt độ cơ thể là yếu tố then chốt để sinh tồn. Băng dán ấm thường sử dụng để giữ ấm cơ thể trong điều kiện giá lạnh.

Nhưng băng dán ấm còn có tiềm năng như nguồn điện di động chưa được khám phá đầy đủ. Nghiên cứu này phát triển phương pháp tiếp cận sáng tạo, chuyển đổi năng lượng hóa học từ băng dán ấm thành điện năng cho các trường hợp khẩn cấp.

Những miếng băng dán ấm thường dùng để giữ ấm trong điều kiện lạnh giá, chứa bột sắt trải qua phản ứng oxy hóa để tạo ra nhiệt. Nhóm nghiên cứu nhận thấy, phản ứng hóa học tạo ra nhiệt trong băng dán ấm có thể khai thác để tạo ra điện năng.

Bằng cách thiết kế pin iron-air dựa trên chất điện phân hydrogel, được lắp ráp nhanh chóng bằng vật liệu băng dán ấm sẵn có, nhóm nghiên cứu có thể chuyển đổi nguồn năng lượng nhiệt này tạo thành loại pin có khả năng hoạt động ở nhiệt độ thấp.

Theo nhóm nghiên cứu, cải tiến quan trọng nằm ở chất điện phân hydrogel được biến đổi, chứa 3% muối kali axit polyacrylic (PAAK) và 0,5% natri lignosulfonat. Chất điện phân này duy trì độ dẫn ion cao ngay cả ở nhiệt độ cực thấp, với điểm đóng băng là -53⁰C, ngăn ngừa rò rỉ pin, đồng thời liên kết hiệu quả cực dương bột sắt.

Kết quả thử nghiệm cho thấy pin tạo ra điện áp 0,98V, dung lượng 2,68Ah ở nhiệt độ phòng. Ở -20⁰C, hệ thống vẫn duy trì với dung lượng 1,24Ah. Khi bốn cell được mắc nối tiếp, chúng được cho là cung cấp đủ năng lượng để sạc điện thoại di động, đảm bảo khả năng liên lạc trong trường hợp khẩn cấp.

Các nhà nghiên cứu chứng minh thành quả của họ bằng cách cung cấp nguồn cho đèn LED và sạc điện thoại thông minh, ngay cả trong điều kiện dưới 0⁰C. Pin lắp ráp đạt mật độ năng lượng 89,92 Wh kg−1, so sánh khá thuận lợi với pin axit chì thương mại.

Nhóm nghiên cứu cho biết, bước đột phá này mang lại hứa hẹn đáng kể, tăng cường an toàn và khả năng sinh tồn trong các hoạt động ngoài trời và tình huống khẩn cấp. Họ cho hay, pin có thể lắp ráp thủ công, không yêu cầu thiết bị chuyên dụng hoặc quy trình phức tạp. Khám phá của nhóm nghiên cứu được trình bày trên tạp chí Science Bulletin.