Dưới sự chỉ đạo của Giáo sư Hu Linhua từ Viện khoa học vật lý Hefei (HFIPS), nhóm nghiên cứu tạo ra một vật liệu dạng gel dẻo dai và linh hoạt, gọi là chất điện phân hydrogel, giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của pin kẽm-ion dạng nước (AZIB).

Chìa khóa của bước đột phá này nằm ở việc sử dụng các thành phần phổ biến và thân thiện với môi trường là urê và axetat kẽm. Axetat kẽm là vật liệu rẻ, an toàn với môi trường, nhưng thường khó hòa tan, điều này hạn chế lượng năng lượng mà pin có thể lưu trữ và cung cấp.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học tìm ra một cách để tăng độ hòa tan của nó, bằng cách sử dụng hiệu ứng hóa học, gọi là “muối hóa”. Quá trình này loại bỏ các phân tử nước khỏi bề mặt của chuỗi polymer trong gel, cho phép nhiều muối kẽm hơn hòa tan và tăng cường cấu trúc bên trong của gel.

Kết quả là vật liệu pin bền và ổn định hơn, có thể kéo dài tới 557%, chịu được áp suất cao mà không bị nứt vỡ. Điều làm cho loại pin mới này đặc biệt hứa hẹn là hiệu suất hoạt động tốt của nó trong điều kiện thực tế.

Trong quá trình hoạt động, một lớp bảo vệ tự nhiên sẽ hình thành trên bề mặt pin, ngăn ngừa sự tích tụ có hại và giúp quá trình mạ, tách kẽm hiệu quả hơn. Không giống như nhiều loại pin khác bị đoản mạch hoặc giảm hiệu suất theo thời gian, thiết kế này ngăn sự hình thành dendrite (cấu trúc giống như kim nhỏ có thể làm hỏng pin).

Bằng cách sử dụng chất điện phân hydrogel mới, nhóm nghiên cứu thu được kết quả ấn tượng, pin có hiệu suất cao và tuổi thọ chu kỳ dài, ngay cả sau nhiều lần sử dụng. Điều thú vị nhất có lẽ là hiệu suất hoạt động của pin ở dạng túi linh hoạt. Ngay cả khi bị uốn cong ở góc cực đại, lên tới 180 độ, nó vẫn duy trì điện áp ổn định.

Nhóm nghiên cứu cũng kiểm tra mức độ xử lý của pin khi sạc nhanh, công suất đầu ra và lưu trữ theo thời gian. Pin mới luôn cung cấp dung lượng cao, chống lại hiện tượng tự xả, một vấn đề khiến pin mất điện khi không sử dụng. Ngược lại, các loại pin tương tự không có chất điện phân mới này cho thấy hiệu suất giảm đáng kể.

Với sự kết hợp giữa chi phí thấp, an toàn với môi trường, tính linh hoạt và hiệu suất cao, thiết kế pin mới này có thể đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho các thiết bị thông minh, thiết bị điện tử cầm tay hiện đại, như máy theo dõi sức khỏe đeo được, điện thoại có thể gập lại và cảm biến linh hoạt