Viên pin nhỏ nhất thế giới có kích thước bé hơn hạt muối
Loại pin này có thể sử dụng cho những máy tính siêu nhỏ, hoặc các cảm biến trong cơ thể con người.
Những chiếc máy tính ngày nay đã có thể xem là nhỏ gọn hơn rất nhiều so với đời đầu, nhưng các nhà nghiên cứu còn muốn thu nhỏ kích cỡ của chúng hơn nữa, đến mức nhỏ hơn cả hạt gạo.
Tuy nhiên, một trong những thách thức chủ yếu với máy tính siêu nhỏ chính là tạo ra viên pin có thể vừa với chúng. Với kích thước rất bé, những chiếc máy tính nhỏ nhất phải dựa vào sóng siêu âm hoặc ánh sáng để nạp năng lượng liên tục cho các viên pin bằng năng lượng từ rung động hoặc ánh sáng mặt trời.
Các giải pháp này có yếu điểm, vì chúng sẽ không hoạt động nếu không có nguồn điện liên tục hoặc ở những nơi tối tăm như trong cơ thể con người, trong trường hợp chúng được sử dụng như thiết bị y tế.
Do đó, các nhà khoa học ở châu Âu đang nghiên cứu một cấu trúc pin 'micro', dựa trên việc gấp các lớp thành phần mỏng siêu nhỏ. Hiện tại, nó chỉ là một mẫu thử nghiệm, nhưng kết quả ban đầu rất đáng khích lệ.
Giáo sư Oliver G. Schmidt (phải) cầm một con chip được trang bị pin siêu nhỏ, cùng với thành viên nhóm nghiên cứu, tiến sĩ Minshen Zhu
Pin máy tính thông thường hoạt động dựa trên 'phương pháp hóa học ướt', nghĩa là các lá kim loại dẫn điện được đặt tiếp xúc với chất điện phân lỏng để tạo ra dòng năng lượng. Tuy nhiên, pin có quy mô siêu nhỏ không thể sử dụng chất điện phân lỏng.
Loại pin siêu nhỏ mới này được các nhà phát minh tạo ra bằng cách ép chất điện phân rắn giữa hai vi mạch được phủ lớp màng siêu mỏng gồm các điện cực, một dương, một âm. Tuy nhiên, chất điện phân rắn gần như không hiệu quả bằng việc sử dụng chất điện phân lỏng, do đó, họ phải áp dụng kết cấu dạng cuộn.
Bằng cách cuộn một chồng thành phần phẳng thành hình trụ theo mô hình như 'bánh bông lan cuộn', các nhà khoa học có thể tăng thêm rất nhiều diện tích bề mặt vào một không gian chật hẹp. Đây cũng là cách cell pin trên xe điện của Tesla hoạt động.
Ở kích thước siêu nhỏ, rất khó để cuộn các vật liệu mỏng lại với nhau. Tuy nhiên, có một cách để vật liệu tự cuộn lại.
Các nhà khoa học đã xếp lớp bộ thu dòng điện và các dải điện cực làm bằng vật liệu polyme, kim loại và điện môi lên bề mặt tấm wafer kéo căng. Lực căng được giải phóng khiến các vật liệu co lại, cuộn lại với nhau để có kiến trúc giống như một chiếc bánh bông lan cuộn, tạo ra một 'pin siêu nhỏ hình trụ tự cuộn'.
Loại pin này có kích thước 1,1×1,69 mm2, thể tích chỉ 0,04 mm3, nhỏ hơn hạt muối. Mật độ năng lượng tối thiểu là 100 microwatt giờ/cm2. Nó có thể cung cấp dung lượng cao hơn 8 lần so với pin phẳng có kích thước tương tự.
Không chỉ có thể sạc lại được, các nhà nghiên cứu cho biết loại pin này có thể cung cấp năng lượng cho các máy tính nhỏ nhất mà chúng ta có trong khoảng 10 giờ và có thể sử dụng trong một số trường hợp như robot và thiết bị y tế, thiết bị điện tử linh hoạt và thậm chí cảm biến trong cơ thể con người.
Chúng ta đã thấy những loại thiết bị này có thể được sử dụng từ theo dõi nồng độ oxy, theo dõi sự phục hồi sau phẫu thuật, đến theo dõi các cơ quan quan trọng. Nhưng nhiều loại cảm biến dựa vào các phương pháp thu dòng điện, ví dụ như biến các dao động cơ học hoặc thu nhiệt thành năng lượng, những cách này sẽ không thể hoạt động đáng tin cậy trong một số trường hợp.
Các nhà khoa học cho rằng loại pin siêu nhỏ có thể sạc lại của họ là một giải pháp cho vấn đề này.
Nhà vật lý Oliver Schmidt từ Đại học Công nghệ Chemnitz ở Đức cho biết: “Vẫn còn tiềm năng tối ưu hóa rất lớn cho công nghệ này và chúng ta có thể mong đợi những viên pin siêu nhỏ mạnh hơn nhiều trong tương lai”.
Tham khảo: Sciencealert
