Phát minh loại pin "bắt chước lươn điện", tạo 600 volt chỉ trong chớp mắt

Theo IE thông tin ngày 29/1, pin hydrogel siêu mỏng lấy cảm hứng từ lươn điện (cá chình điện) giúp tạo ra nguồn điện mạnh mẽ hơn hẳn, có thể dùng cho thiết bị đeo, cảm biến cấy ghép y tế và robot.

Các nhà khoa học tại Đại học Penn State (Mỹ) đã chế tạo loại pin hydrogel dẻo, công suất cao bằng cách bắt chước cách cá chình điện sinh ra điện. Trong cá chình, các tế bào điện (electrocytes) siêu mỏng xếp chồng lên nhau, tạo ra hơn 600 volt chỉ trong chớp mắt, đạt mật độ công suất rất lớn từ thể tích nhỏ.

Nhóm nghiên cứu mô phỏng bằng cách xếp nhiều lớp hydrogel mỏng chỉ 20 micromet mỗi lớp, sử dụng kỹ thuật phủ quay (spin coating) để tạo ra bốn loại hydrogel khác nhau với thành phần giàu nước và dẫn điện. Nhờ lớp mỏng tự nhiên giảm điện trở bên trong, pin đạt mật độ công suất kỷ lục 44 kW/m³ – cao nhất so với các pin hydrogel trước đây.

Pin này không cần vật liệu độc hại hay khung đỡ cứng, hoàn toàn linh hoạt, an toàn, thân thiện với môi trường và cơ thể sinh học. Nó giữ nước tốt (không khô trong nhiều ngày khi để ngoài không khí), hoạt động ổn định ở nhiệt độ cực thấp từ -80°C đến 27°C mà không bị đóng băng.

Ưu điểm lớn là pin có thể tích hợp trực tiếp vào các hệ thống sinh học gần giống cơ thể, như cảm biến cấy ghép, bộ điều khiển robot mềm hoặc thiết bị đeo – nơi cần nguồn điện mềm mại, an toàn và tương thích cao.

Các nhà nghiên cứu cho biết: Tế bào điện của cá chình siêu mỏng giúp tạo công suất lớn từ thể tích nhỏ; lớp hydrogel mỏng giảm điện trở, tăng công suất; việc tối ưu độ nhớt và độ bền cơ học là chìa khóa để lớp hydrogel không bị văng ra khi quay phủ.

Hiện tại pin đã khắc phục hạn chế của các thiết kế lấy cảm hứng từ lươn điện trước đó (không cần khung đỡ, công suất cao hơn). Tương lai, nhóm sẽ tập trung nâng cao mật độ công suất hơn nữa, cải thiện khả năng sạc lại và phát triển pin tự sạc. 

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Science, do Văn phòng Nghiên cứu Không quân Mỹ tài trợ.