Bên trong pin, cực âm tích điện dương và cực dương tích điện âm giúp dòng điện chạy qua. Để giữ các điện cực này tách biệt, có một lớp ngăn cách thường làm từ vật liệu polyethylene và polypropylene, có thể co lại ở nhiệt độ gần 100 độ C. Nếu không có lớp ngăn cách, cực âm và cực dương của pin có khả năng chạm vào nhau, gây đoản mạch ngoài ý muốn và có thể gây cháy nổ.
Chengcheng Fang, phó giáo sư tại Khoa kỹ thuật và Mojgan Nejad, phó giáo sư tại Khoa nông nghiệp và tài nguyên thiên nhiên, hợp tác chế tạo lignin, một thành phần tự nhiên của gỗ có vai trò hỗ trợ và tạo độ cứng, thành lớp màng mỏng có thể sử dụng bên trong pin lithium-ion để ngăn ngừa hiện tượng đoản mạch có thể gây ra hỏa hoạn.
Lớp ngăn cách được phát triển dựa trên lignin vẫn ổn định, không bị co lại ở nhiệt độ 300 độ C. Nhóm nghiên cứu thử nghiệm các độ dày khác nhau của lignin, phát hiện rằng, lớp màng có độ dày 25 micromet, mỏng hơn một phần tư sợi tóc con người, có hiệu quả nhất trong việc giữ cho bên trong pin ổn định, ngăn không cho cực dương và cực âm kết nối với nhau.
Việc sử dụng lớp màng lignin bên trong pin còn có một lợi ích khác, độ ổn định tăng lên bên trong pin giúp kéo dài tuổi thọ chu kỳ, tức là số lần sạc và sử dụng pin. Nhóm nghiên cứu rất ngạc nhiên khi thấy lớp màng lignin cải thiện đáng kể tuổi thọ chu kỳ của pin, tăng lên 60%.
Ưu điểm thứ ba của nghiên cứu này là thân thiện với môi trường. Nhóm nghiên cứu dùng lignin và các vật liệu có khả năng chuyển đổi thành 100% nguyên liệu thô để tạo ra màng mà không tạo ra bất kỳ chất thải hoặc ô nhiễm nào, đồng thời bộ tách lignin có thể sản xuất bằng phương pháp chế biến khô, chi phí thấp. Điều này có nghĩa, màng lignin có thể sản xuất số lượng lớn theo yêu cầu, tránh sử dụng các dung môi có hại thường dùng trong sản xuất bộ tách truyền thống.
Lignin, đặc biệt là lignosulfonate, có sẵn trong tự nhiên và không cần xử lý thêm nữa để hoạt động trong pin. Nghiên cứu này chứng minh hướng thiết kế mới nhằm cải thiện cả tính an toàn và khả năng sản xuất vật liệu pin. Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Advanced Materials và công nghệ này đang chờ cấp bằng sáng chế thông qua Trung tâm đổi mới của MSU.
