Kỹ thuật cải tiến này đơn giản hóa quy trình sản xuất pin phức tạp, nhiều bước thành một bước duy nhất, cực nhanh, mở ra cánh cửa cho các giải pháp lưu trữ năng lượng hiệu quả hơn, mạnh mẽ hơn và có thể mở rộng quy mô hơn. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Phương pháp của họ sử dụng tia laser tốc độ cao để tạo và in ngay lập tức các thành phần chính của cực âm pin lithium-lưu huỳnh, tất cả chỉ trong một lần. Phương pháp mới này có thể giảm đáng kể thời gian và chi phí cần thiết để sản xuất loại pin lithium-lưu huỳnh, được coi là giải pháp trong tương lai thay thế cho pin lithium-ion hiện nay.

Pin lithium-lưu huỳnh từ lâu được coi là giải pháp đầy hứa hẹn vì cực âm gốc lưu huỳnh có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn so với cực âm trong pin truyền thống. Tuy nhiên, việc chế tạo cực âm này luôn khó khăn. Quy trình này thường gồm một số bước, có thể mất nhiều ngày để hoàn thành: tạo vật liệu hoạt động, pha trộn với vật liệu dẫn điện và vật liệu chủ, lắp ráp mọi thứ dưới nhiệt độ được kiểm soát chặt chẽ.

Nay phương pháp laser mới có thể thay đổi điều đó. Tia laser tạo ra nhiệt ngắn nhưng mạnh, khiến vật liệu nóng lên và nguội đi nhanh chóng. Bằng cách bắn một chùm tia laser cực nhanh vào hỗn hợp vật liệu được chuẩn bị cẩn thận, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra nhiệt độ cực cao chỉ trong vài nano giây, đủ để phá vỡ, sau đó lắp ráp lại các hạt thành vật liệu pin hoạt động.

Điều này tạo ra “vụ nổ nhỏ” giúp hình thành và lắng đọng vật liệu mới một cách nhanh chóng và hiệu quả. Kết quả là một cực âm mỏng được in, làm bằng lưu huỳnh (phần lưu trữ năng lượng), carbon (giúp dẫn điện) và các ống nano halloysite (giữ và ổn định lưu huỳnh). Tất cả đều được in trực tiếp lên một tấm vải carbon.

Tia laser hoạt động cũng nhanh, in với tốc độ 2 cm2 mỗi phút. Một cực âm có kích thước bằng một lá bài có thể được in trong vòng chưa đầy 20 phút. Sau khi lắp ráp thành một cục pin dạng túi, có thể cung cấp năng lượng cho một màn hình điện tử nhỏ trong vài giờ.

Nhóm nghiên cứu tin rằng, khám phá này có thể thay đổi cách sản xuất pin, giúp đưa các hệ thống lưu trữ năng lượng tiên tiến, dung lượng cao vào nhiều ứng dụng hơn, từ thiết bị điện tử đến xe điện. Bằng cách cắt giảm thời gian, chi phí và năng lượng sử dụng, phương pháp in laser có thể là bước tiến mạnh mẽ trong chế tạo các hệ thống lưu trữ năng lượng hiệu quả hơn.