Sợi bông (cotton) có thể sớm là thành phần quan trọng của các hệ thống năng lượng đeo được trong tương lai. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Soochow phát triển pin nhiên liệu methanol hình sợi (FDMFC), có thể duy trì hiệu suất cao ngay cả sau khi bị uốn cong 2.000 lần, cắt đôi hoặc ngâm trong nước.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Materials, đánh dấu bước đột phá trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng linh hoạt, với những ứng dụng cho các thiết bị điện tử phải uốn cong, đàn hồi và chịu được sự mài mòn hằng ngày.
Khác với pin thông thường dựa vào vỏ cứng, loại “Yarn@gel” gốc cotton này tự tạo ra áp suất bên trong. Sợi cotton tự nhiên nở ra bên trong ma trận gel, ép chặt các thành phần của pin nhiên liệu với nhau mà không cần vỏ bọc cồng kềnh. Chiến lược áp suất này cho phép pin nhiên liệu vẫn nhẹ, dễ cắt, chống nước và sạc nhanh chóng, chỉ mất một phút để sạc lại.
Đối với ngành dệt may và thiết bị đeo thông minh đang phát triển, đột phá này có thể là bước ngoặt. Thiết bị điện tử linh hoạt, từ cảm biến y tế có thể uốn cong đến thiết bị tiêu dùng có thể gập lại, yêu cầu nguồn năng lượng nhỏ gọn, bền bỉ. Các giải pháp hiện có như pin mặt trời, siêu tụ điện thường không đáp ứng được, do phụ thuộc vào ánh sáng hoặc sạc chậm.
Pin nhiên liệu, với mật độ năng lượng cao và khả năng nạp nhiên liệu nhanh chóng, mang đến giải pháp thay thế hấp dẫn. Nhưng cho đến nay, các phiên bản linh hoạt, thích ứng vẫn gặp phải vấn đề rò rỉ, yêu cầu về bịt kín và độ bền kém.
Nhóm nghiên cứu giải quyết vấn đề này bằng cách nhúng sợi cotton vào gel được xử lý bằng tia UV, sau đó phủ lớp màng có chất xúc tác xung quanh lõi sợi. Kết quả, pin duy trì 94,7% công suất sau 1.500 lần uốn cong và tiếp tục hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt từ -22°C đến 70°C. Pin đạt mật độ công suất cực đại 27,3 mW/cm² ở 60°C, không bị mất điện áp sau 100 chu kỳ sạc-xả.
Các kiểm tra hiệu suất đã đẩy khả năng của pin đi xa hơn nữa - thông qua việc phun nước, xuyên qua thanh gỗ và lặp lại các chu kỳ uốn cong - nhưng thiết bị vẫn hoạt động. Thiết kế dạng sợi theo kiểu modul của chúng cũng cho thấy khả năng mở rộng, từ cung cấp năng lượng cho quần áo thông minh đến các hệ thống năng lượng lớn hơn.
Nếu được áp dụng rộng rãi, pin nhiên liệu methanol làm từ cotton có thể mở ra giai đoạn mới về năng lượng an toàn, linh hoạt và bền vững cho ngành công nghiệp điện tử, đưa sợi bông khiêm tốn vào tầm ngắm của sự đổi mới công nghệ cao.
