Pin tự sạc – một giải pháp mới cho thiết bị điện tử

Những pin này có thể được sử dụng trong viễn thông tần số cực thấp và trong các thiết bị như đèn nhấp nháy, máy phát tín hiệu điện tử, bộ dao động điều khiển điện áp, bộ biến tần, bộ nguồn chuyển đổi, bộ chuyển đổi kỹ thuật số, bộ tạo chức năng và cuối cùng cho các công nghệ liên quan đến máy tính hiện đại.

Trên tạp chí Đánh giá Vật lý Ứng dụng của nhà xuất bản AIP, Helena Braga và các cộng sự tại Đại học Porto ở Bồ Đào Nha và Đại học Texas ở Austin chia sẻ rằng họ đã chế tạo ra một mẫu pin rất đơn giản với hai kim loại khác nhau và ở giữa hai điện cực là điện phân thủy tinh natri hoặc liti.

Bà Braga chia sẻ: "Chất điện phân thủy tinh mà chúng tôi tạo ra rất giàu lithium, điều này cho phép chúng tôi tạo ra một loại pin trong đó chất điện phân sẽ cung cấp cho cả hai điện cực ion liti trong cả hai quá trình sạc và xả mà không cần kim loại liti".

Đây là một phát hiện rất có ý nghĩa vì nó thống nhất lý thuyết đằng sau tất cả các thiết bị bán dẫn chẳng hạn như pin, tụ điện, quang điện và bóng bán dẫn - trong đó các vật liệu khác nhau sử dụng tại tiếp điểm điện chỉ thể hiện đặc tính của các vật liệu sau khi đã được kết hợp thay vì đặc tính của các vật liệu riêng lẻ .

Braga nói: "Khi một trong các vật liệu là chất cách điện hoặc điện môi, chẳng hạn như chất điện phân, nó sẽ thay đổi chính cấu phần bên trong của nó để tạo thành các tụ điện có thể lưu trữ năng lượng và điều chỉnh các mức Fermi trong thiết bị".

Trong pin, sự khác biệt có thể có ở mạch hở giữa các điện cực nằm ở nhu cầu điện khác nhau để căn chỉnh các mức Fermi. Mức Fermi quan trọng vì đây thước đo năng lượng của các electron ít bị giữ chặt nhất trong một vật rắn và chịu trách nhiệm cho sự phân cực của các điện cực. Các phản ứng hóa học đến sau, được nuôi dưỡng bởi năng lượng điện thế này, được lưu trữ trong các tụ điện.

"Các tế bào điện hóa của chúng tôi, về nguyên tắc thì đơn giản hơn pin và chúng có thể tự tồn tại được", Braga nói.

Để xây dựng một thế giới bền vững hơn, chúng ta có thể hạn chế việc sạc lại pin bằng cách không cho mức độ Fermi đột nhiên thay đổi hoặc bằng cách xác định điện trở âm có thể xảy ra.

"Điều này có thể đạt được bằng cách để điện cực âm của cùng một chất liệu đóng vai trò là các ion dương của chất điện phân", Braga nói. "Nó giúp ta tạo ra cơ chế tự sạc mà không cần phải sạc lại pin, từ đó giúp tăng năng lượng dự trữ trong pin. Đây là điều trái ngược với sự xuống cấp tự nhiên của quá trình điện hóa (quy trình khiến cho pin chai do tản nhiệt kém. Nếu chúng ta ứng dụng được điều nói trên trong tất cả các thiết bị lưu trữ năng lượng, như pin và tụ điện, ta có thể cải thiện đáng kể quyền khả năng tự làm đầy lại năng lượng của pin. "

Minh Thúy (Theo Science Daily)