​

Pin lithium-air đã trở thành 1 lĩnh vực nghiên cứu nóng hổi trong những năm trở lại đây: Chúng nắm giữ hứa hẹn về việc làm tăng đáng kể năng lượng trên trọng lượng pin, điều này có thể đem lại những chiếc xe hơi điện có phạm vi lái cao hơn nhiều. Nhưng việc đem sự hứa hẹn đó trở thành hiện thực đã gặp phải không ít khó khăn, bao gồm việc phải tạo ra những chất  liệu tốt hơn và bền hơn cho các điện cực của pin và cải thiện số lượng chu trình nạp điện-tháo điện mà các loại pin có thể chống chịu.

Nay, các nghiên cứu đã nhận thấy rằng việc thêm những virus biến đổi gen vào quá trình sản xuất các loại sợi nano có thể giúp giải quyết một vài vấn đề này.

Chìa khoá cho công trình nghiên cứu này đó là tăng diện tích bề mặt của sợi dây, vì thế làm tăng diện tích diễn ra hoạt động điện hoá trong quá trình sạc điện hoặc tháo điện của cục pin.

Các nghiên cứu gia đã tạo ra rất nhiều sợi nano, mỗi sợi rộng khoảng 80 nanomet, bằng cách sử dụng 1 loại virus biến đổi gen M13, virus này có thể thu giữ các phân tử kim loại từ nước vá kết chúng thành những hình dạng cấu trúc. Trong trường hợp này, sợi oxit mangan – 1 chất liệu yêu thích đối với cực âm của pin lithium-air – thực sự được tạo ra từ những virus này. Nhưng không giống loại sợi được tạo ra bằng các phương pháp hoá học truyền thống, những sợi nano được tạo ra từ những virus này có bề mặt dạng bông xù xì, điều này làm tăng đáng kể diện tích bề mặt của chúng.

Giáo sư Belcher giải thích rằng quá trình sinh tổng hợp này ‘thật sự giống với cách 1 con bào ngư phát triển vỏ của mình’ – trong trường hợp đó, bằng cách thu thập canxi từ nước biển và lắng đọng nó thành 1 cấu trúc liên kết cứng.

Sự gia tăng diện tích bề mặt do phương pháp này tạo ra có thể đem lại 1 sự thuận lợi lớn về tốc độ sạc điện và tháo điện của pin lithium-air. Nhưng quy trình này cũng có nhiều điểm thuận lợi khác. Cô cho biết rằng, không giống các phương pháp chế tạo khác thường liên quan đến nhiệt độ cao và những hoá chất độc hại, quá trình này có thể được thực hiện ở nhiệt độ phòng bằng cách sử dụng quy trình dựa vào nước.

Hơn nữa, thay vì sử dụng những loại sợi được phân tách, các virus này tự nhiên tạo ra 1 cấu trúc sợi liên kết ngang 3D, đem lại tính bền vững cao hơn cho 1 điện cực.

Một phần cuối cùng của quá trình này đó là thêm 1 lượng nhỏ kim loại, như paladin chẳng hạn, hoá chất này làm tăng đáng kể khả năng dẫn điện của các sợi nano và cho phép chúng làm xúc tác cho các phản ứng diễn ra trong quá trình sạc điện và tháo điện. Nhiều nhóm nghiên cứu khác đã ra sức tạo ra những loại pin như thế bằng cách sử dụng các loại kim loại tinh khiết hoặc có mật độ cao làm điện cực, nhưng quy trình mới này làm giảm đáng kể lượng chất liệu đắt tiền cần thiết.

Nhìn chung, những thay đổi này có khả năng tạo ra 1 loại pin có thể đem lại mật độ năng lượng cao hơn gấp 2-3 lần so với các loại pin lithium-ion tốt nhất hiện nay.

Belcher nhấn mạnh rằng đây là nghiên cứu giai đoạn đầu, và cần thêm nhiều nghiên cứu nữa để tạo ra 1 loại pin lithium-ion có thể sản xuất thương mại. Công trình nghiên cứu này chỉ nghiên cứu đến việc tạo ra 1 thành phần đó là cực âm; cần nghiên cứu thêm để tìm ra những chất liệu bền vững và đáng tin cây cho các bộ phận thiết yếu khác, bao gồm cực dương. Hơn nữa, mặc dù chất liệu này được thử nghiệm thành công qua 50 vòng sạc điện và tháo điện nhưng để ứng dụng thực tế thì 1 cục pin phải có khả năng chống chịu hàng ngàn chu trình như thế này.

Bluesky - Dostdongnai, theo Science Daily.