Nghiên cứu về pin đang tiếp tục phát triển với các ý tưởng mới về điện cực, chất điện phân, bao gồm vật liệu, thiết kế, an toàn, hiệu quả và các tiêu chí thân thiện với môi trường. Trong hầu hết trường hợp đối với pin lithium-ion sử dụng trong lưu trữ tĩnh, việc sử dụng chất điện phân hữu cơ dễ cháy là mối nguy hiểm dai dẳng và là vấn đề phải liên tục đối mặt thông qua các nỗ lực giảm thiểu thiệt hại, cũng như các thử nghiệm phức tạp.

Một bài báo đánh giá mới, xem xét có hệ thống các nghiên cứu về hydrogel trong suốt 17 năm, từ năm 2008 - 2025, bao gồm 186 nghiên cứu, cho thấy hydrogel dẫn điện là lựa chọn khả thi cho chất điện phân. Bài báo lưu ý, điều này đặc biệt đúng đối với các ứng dụng mềm dẻo, có thể đeo được, tuy nhiên, pin lithium và natri cũng là lĩnh vực tiềm năng. Bài báo được các nhà nghiên cứu tại Đại học Limpopo ở Nam Phi công bố trên tạp chí Electroanalytical Chemistry.

Về mặt an toàn, cơ sở đơn giản nhất là chất điện phân hydrogel có gốc nước, giúp loại bỏ hiện tượng quá nhiệt thường gặp ở các chất điện phân hữu cơ thông thường, cấu trúc của chúng cũng giúp chúng không bị rò rỉ và có khả năng tự phục hồi. Mặc dù ở giai đoạn này, ứng dụng thương mại chưa rõ ràng, nhưng hiệu suất hoạt động khá hứa hẹn, dù hiệu suất này thay đổi đáng kể tùy thuộc vào thành phần hóa học.

Đối với pin lithium-ion, điện cực silicon nanoparticle-polyaniline composite, sử dụng hydrogel được trùng hợp tại chỗ, đạt dung lượng 1.600 mAh/g sau hơn 1.000 chu kỳ xả sâu, hiệu suất Coulomb trung bình là 99,8% từ chu kỳ thứ hai trở đi. Hiệu suất chu kỳ đầu tiên chỉ ở mức khoảng 70%, một vấn đề thường gặp đối với cực dương silicon.

Đối với pin kẽm-ion, nơi hydrogel ngăn chặn sự hình thành nhánh tinh thể (dendrite), hydrogel PAM/SA đạt khả năng duy trì dung lượng 85% sau 1.000 chu kỳ ở 3 A/g và duy trì dung lượng ổn định sau 10.000 chu kỳ ở 10 A/g. Bài báo này cũng nhấn mạnh tiềm năng của pin kẽm-ion, vốn được thị trường đánh giá là đầy hứa hẹn về độ an toàn, nhờ thành phần hóa học trong dung dịch nước và độc tính thấp.

Đối với pin natri-ion, vấn đề nằm ở ion Na+ lớn hơn ion Li+, điều này khiến chúng di chuyển chậm hơn, có khả năng gây hư hại cấu trúc điện cực nhiều hơn. Chất điện phân hydrogel bù đắp phần nào, bằng cách cung cấp các đường dẫn ngậm nước, giúp giảm sự di chuyển chậm đó, mặc dù bài đánh giá này đưa ra ít số liệu nổi bật hơn so với hai loại hóa chất còn lại.

Các hạn chế của hydrogel cũng được thừa nhận trong bài đánh giá. Độ dẫn điện tử vẫn thấp hơn so với điện cực kim loại và điện cực carbon thông thường, hạn chế về hiệu suất tốc độ và mật độ công suất. Hydrogel bị khô khi tiếp xúc không khí, làm giảm độ dẫn ion, dù điều này có thể khắc phục. Chu kỳ sạc/xả lâu dài gây ra hiện tượng mỏi mạng lưới và mất các đường dẫn điện, trong khi việc thêm các chất tăng độ dẫn điện, chẳng hạn như graphene và MXenes, lại rất tốn kém.

Quay trở lại với các hệ thống pin lưu trữ năng lượng (BESS) quy mô dân dụng, thương mại/công nghiệp và lưới điện, chất điện phân hydrogel sẽ không phải là lựa chọn khả thi trong ngắn hạn, nhưng chúng vẫn đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các nguyên mẫu có thể phát triển từ phòng thí nghiệm.