Từ lâu, ngô (bắp) được coi là lương thực chính ở nhiều nơi và dùng chế biến thực phẩm trong các bữa ăn trong đời sống hằng ngày. Loại lương thực này hiện đang cho thấy tiềm năng khác đáng ngạc nhiên trong phát triển công nghệ.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Washington (WSU) đã tìm ra cách sử dụng protein ngô để cải thiện hiệu suất của pin lithium-lưu huỳnh. Bước đột phá này có thể giúp mở rộng việc sử dụng loại pin nhẹ, năng lượng cao trong xe điện, hệ thống lưu trữ năng lượng tái tạo và các ứng dụng khác.
Pin lithium-lưu huỳnh vừa nhẹ hơn, vừa bền vững hơn so với pin lithium-ion sử dụng khá phổ biến. Tuy nhiên, việc sử dụng thương mại của pin lithium-lưu huỳnh vẫn hạn chế do những thách thức về tuổi thọ của chúng. Protein ngô, hóa ra, có thể giúp vượt qua các rào cản này.
Các nhà nghiên cứu phát hiện rằng một lớp bảo vệ, làm từ protein ngô kết hợp với một loại nhựa thường dùng, giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của pin lithium-lưu huỳnh cỡ nút áo. Lớp tách này dựa trên ngô, giúp pin giữ được điện tích trong hơn 500 chu kỳ, cải thiện đáng kể so với pin không có lớp ngăn cách.
Pin lithium-lưu huỳnh được coi là lựa chọn tốt thay thế cho pin lithium-ion, do kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, chứa nhiều năng lượng. Hơn nữa, loại pin này sử dụng lưu huỳnh làm cực âm, không chỉ rẻ, không độc hại mà còn có sẵn rất nhiều. Trong khi đó, cực âm của pin lithium-ion được làm từ oxit kim loại và bao gồm các kim loại nặng độc hại như coban hoặc niken.
Tuy nhiên, pin lithium-lưu huỳnh có những hạn chế riêng. Một vấn đề lớn, gọi là hiệu ứng con thoi, xảy ra khi phần lưu huỳnh của pin rò rỉ vào chất lỏng, di chuyển sang phía lithium, khiến pin nhanh hỏng. Ngoài ra, phía lithium của pin thường phát triển các gai kim loại lithium, gọi là dendrite, có thể dẫn đến đoản mạch điện.
Để giải quyết các hạn chế này, các nhà nghiên cứu sử dụng protein ngô làm lớp phủ bảo vệ cho cho bộ phận ngăn cách đặt ở giữa pin.
Các khối xây dựng của protein là các axit amin, phản ứng với vật liệu pin để tăng cường chuyển động của các ion lithium, giúp ức chế hiệu ứng con thoi. Vì protein tự nhiên tự gấp lại nên các nhà nghiên cứu thêm một lượng nhỏ nhựa dẻo để làm phẳng nó, cải thiện thêm hiệu suất và độ ổn định của nó bên trong pin.
Các nhà nghiên cứu tiến hành cả nghiên cứu số và thử nghiệm để xác thực thành công của pin. Hiện tại, họ đang tập trung nghiên cứu sâu hơn, thực hiện thêm các nghiên cứu mô phỏng để xác định axit amin cụ thể nào trong cấu trúc protein có thể hoạt động tốt nhất để giải quyết các vấn đề về hiệu ứng con thoi và dendrite, và cách tối ưu hóa cấu trúc protein để có hiệu suất thậm chí còn cao hơn.
Nghiên cứu do nhóm sinh viên sau đại học từ Khoa kỹ thuật cơ khí và vật liệu của WSU dẫn đầu thực hiện, được công bố trên tạp chí Power Sources.
