Chất dẻo Gum – xanthan là chất có nguồn gốc từ thực vật như bắp cải, có thành phần carbohydrate, thường được sử dụng trong mỹ phẩm như một rào cản tự nhiên để duy trì lớp bảo vệ da chống lại các tác động có hại bên ngoài. Trong một sáng kiển đổi mới kỹ thuật, chất dẻo xanthan hiện được các nhà khoa học Hàn Quốc khai thác để chế tạo tấm màng chắn bảo vệ các điện cực của pin kẽm-ion.

 Ảnh minh họa pin điện kẽm -ion. Ảnh Scitechdaily

Trang Scitech Daily đưa tin, GS Changshin Jo thuộc Viện tốt nghiệp Công nghệ vật liệu sắt & sinh thái và Khoa Kỹ thuật hóa học, Jooyoung Jang, nghiên cứu sinh tiến sĩ thuộc Khoa Kỹ thuật hóa học tại Đại học Khoa học và Công nghệ Pohang (POSTECH) đã chế tạo một lớp màng bảo vệ các điện cực pin bằng phương pháp trộn các polyme. Lớp màng này giúp tăng cường độ bền của các điện cực pin trong quá trình sạc xả. Kết quả công trinh nghiên cứu này đã công bố trên Tạp chí quốc tế Vật liệu lưu trữ năng lượng.

Tầm quan trọng ngày càng tăng của hệ thống lưu trữ năng lượng

Thế giới đang dần chuyển sang năng lượng tái tạo như điện gió, điện mặt trời, vốn có nguồn cung không liên tục khiến ý nghĩa quan trọng của các Hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) ngày càng gia tăng.

Công nghệ ESS cho phép thu và sử dụng điện hiệu quả khi cần thiết, khiến pin điện trở thành yếu tố đóng vai trò quyết định hiệu quả quá trình khai thác năng lượng tái tạo. Cho đến nay, các nhà sản xuất năng lượng tái tạo thường sử dụng pin lithium-ion (Li-ion) cho các ứng dụng ESS, nhưng bộ lưu trữ Li-ion có chi phí cao, tiềm ấn nguy cơ cháy nổ, đồng thời quá trình khai thác lithium gây ô nhiễm môi trường và mối đe dọa cạn kiệt tài nguyên đã trở thành động lực thúc đẩy các nhà khoa học tiến hành các nghiên cứu tìm kiếm những giải pháp thay thế. 

Tấm màng chắn trên cơ sở gum - xanthan hỗ trợ sự lắng đọng kẽm đồng đều. Ảnh: POSTECH

Một vật chất thay thế đầy hứa hẹn cho lithium là kẽm (Zn), một nguyên tố có trữ lượng dồi dào trên Trái đất. Pin kẽm-ion có khả năng lưu trữ lượng năng lượng tương tự Li-ion và an toàn hơn về nguy cơ cháy nổ. Nhưng, một thách thức rất lớn là đạt được sự lắng đọng các nguyên tử kẽm nhất quán trên bề điện cực của pin kẽm-ion. Những chu kỳ sạc và xả liên tục có xu hướng dẫn đến sự hình thành những tinh thể dạng nhánh cây trên bề mặt kẽm, nhanh chóng làm suy giảm tuổi thọ của pin.

Phát minh đột phá trong công nghệ pin sử dụng Gum - xanthan

Trong nghiên cứu này, nhóm nhà khoa học Hàn Quốc đã sử dụng chất dẻo gum-xanthan polyme sinh học, kết hợp với polyme dẫn ion tạo thành lớp màng bảo vệ cho điện cực pin. Sự tương tác giữa 2 polyme hình thành một lớp màng siêu mỏng, mịn trên bề mặt điện cực, bảo vệ hiệu quả điện cực chống lại các tác động vật lý và những chất gây ô nhiễm hóa học.

Hơn nữa, màng bảo vệ này rất giàu các nhóm chức hữu cơ chứa oxy, đóng vai trò quan trọng thúc đẩy quá trình tạo mầm đồng nhất của kẽm, tạo điều kiện cho sự lắng đọng kẽm đồng đều trên bề mặt điện cực.

Dưới tác động của lớp màng mỏng bảo vệ, sự hình thành các tinh thể dạng nhánh cây trên bề mặt kẽm giảm thiểu đáng kể, đảm bảo hoạt động ổn định của pin kẽm-ion sau thử nghiệm 200 ngày liên tục sạc và xả.

GS Changshin Jo nhấn manh: “Tôi hy vọng nghiên cứu này sẽ góp phần thúc đẩy sự tiến bộ của pin kẽm-ion cho công nghệ ESS, thúc đẩy sản xuất năng lượng xanh bền vững và giảm giá thành của năng lượng tái tạo.”

Trịnh Thái Bằng

Nguồn: VietTimes