Các nhà nghiên cứu tại Viện nghiên cứu y khoa Max Planck, Đức, phát triển một lớp phủ kim loại, có thể thay đổi cách thức hoạt động của pin, bằng cách cho phép pin lưu trữ nhiều năng lượng hơn và sạc nhanh hơn nhiều.
Mỗi loại pin đều có hai thành phần chính: vật liệu hoạt tính, giúp lưu trữ năng lượng và vật liệu tiếp xúc, giúp đưa điện tích vào và ra khỏi pin. Nhưng có sự đánh đổi lớn trong thiết kế pin: nếu lớp hoạt tính dày, pin lưu trữ nhiều năng lượng hơn nhưng sạc chậm; nếu lớp hoạt tính mỏng, pin sạc nhanh nhưng lưu trữ ít năng lượng hơn.
Nhóm nghiên cứu tìm ra cách giải quyết sự đánh đổi này bằng cách sử dụng thiết kế vật liệu mới. Thay vì lá kim loại mỏng, họ tạo ra lớp phủ kim loại mềm, 3D làm từ những sợi dây cực mỏng. Lớp phủ này hoạt động như siêu xa lộ cho các ion lithium, các hạt tích điện mang năng lượng bên trong pin.
Các ion này di chuyển chậm qua các vật liệu pin chứa chất lỏng thông thường, nhưng khi chúng chạm vào lớp phủ kim loại, chúng di chuyển nhanh hơn tới 56 lần. Điều này do các ion trút bỏ lớp “áo khoác” chất lỏng cồng kềnh của chúng và lướt trên bề mặt kim loại trong thứ mà các nhà khoa học gọi là lớp Helmholtz.
Bằng cách đan vật liệu hoạt tính vào lớp phủ kim loại, các nhà nghiên cứu tạo ra điện cực pin dày hơn tới 10 lần so với điện cực trong pin hiện nay, mà không làm chậm tốc độ sạc. Trên thực tế, các điện cực mới này có thể làm tăng mật độ năng lượng của pin lên tới 85%, nghĩa là xe điện có thể chạy xa hơn nhiều chỉ với một lần sạc.
Sản xuất pin truyền thống bao gồm các bước phức tạp và sử dụng dung môi có hại để phủ các lớp vật liệu hoạt tính mỏng lên lá kim loại. Với phương pháp mới, vật liệu hoạt tính có thể dễ dàng được thêm vào lớp phủ dưới dạng bột khô, giúp tiết kiệm tới 40% chi phí sản xuất và cần ít không gian sản xuất.
Thiết kế mới này có thể đánh dấu sự khởi đầu một cuộc cải tiến về pin, cuộc cải tiến về cung cấp năng lượng cho ô tô, điện thoại và các thiết bị trong tương lai với tốc độ, phạm vi hoạt động và hiệu quả hơn bao giờ hết.
