Dùng thành phần trong đồ chơi để cải thiện pin li-ion

Các nhà nghiên cứu đến từ trường kỹ thuật Bourns thuộc đại học California, Riverside đã phát triển một phương pháp để sử dụng các thành phần của Silly Putty - một loại đồ chơi dành cho trẻ em bằng cao su tổng hợp, nhằm cải thiện thời lượng pin Li-ion giữa mỗi lần sạc lên gấp 3 lần so với các tiêu chuẩn công nghiệp.

Silly Putty được phát minh khá tình cờ trong một nghiên cứu nhằm sản xuất cao su nhân tạo bù đắp cho sự thiếu hụt loại vật liệu này trong thế chiến thứ 2. Nhà nghiên cứu James Wright trong lúc tìm cách chế tạo chất thay thế cao su tổng hợp đã làm đổ boric acid vào dầu silicon.

Nghiên cứu này đã thất bại thảm hại nhưng chất được tạo ra lại rất đặc biệt bởi nó không thật sự là rắn hay lỏng. Nó có thể kéo dãn như kẹo cao su, có thể bị đập dẹp bằng một cái búa, có thể nẩy như một trái banh nhưng lại có thể chảy ra như một chiếc bánh pudding. Do có màu san hô bắt mắt, Silly Putty được nhét vào những quả trứng bằng nhựa và được bán dưới dạng đồ chơi. Kể từ năm 1950 đến nay, đã có hơn 300 triệu quả Silly Putty được bán ra và sản phẩm này đã trở thành món đồ chơi bán chạy nhất mọi thời đại.

Sau này, nhựa dẻo Silly Putty bắt đầu được sử dụng trong các ứng dụng thương mại khác như vật lý trị liệu và các nhà phi hành gia trên tàu Apollo cũng đã dùng nó để giải trí trong cuộc hành trình đến Mặt Trăng. Thêm vào đó, vào đầu những năm 1950, một phiên bản của Silly Putty đã được sử dụng làm chất cách điện trong thiết bị điện tử nhờ khả năng len lỏi vào các ngóch ngách của một bộ phận chuyển tiếp. Giờ đây, các kỹ sư tại UC Riverside đang tìm cách khai thác loại vật liệu độc đáo này để cải thiện thời lượng pin.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một biến thể hiện đại của một trong những thành phần chính có trong Silly Putty là silicon dioxide (SiO₂) để tạo ra điện cực dương cho pin. Lý do mà họ chọn SiO₂ là hợp chất này về cơ bản là thạch anh dưới dạng bột và dễ khai thác. SiO₂ cũng không độc và có thể tìm thấy từ mọi thứ từ đồ chơi trẻ em đến thức ăn nhanh. Nếu có thể được áp dụng để sản xuất pin, SiO₂ sẽ nắm giữ một lợi thế lớn so với các nguyên tố hiếm.

Những quả trứng Silly Putty là món đồ chơi ưa thích của trẻ em trên thế giới.​

Nhóm nghiên cứu đã định hình SiO₂ thành các cực dương dạng ống nano. Đây không phải là lần đầu tiên SiO₂ được thử nghiệm trong pin Li-IOn nhưng các kết quả trước đây không mấy ấn tượng. Lần này, khi được chế tạo thành ống nano, SiO₂ cho công suất năng lượng gấp 3 lần so với cực dương bằng carbon. Quan trọng hơn, những cực dương ống nano này có thể trải qua 100 chu kỳ sạc/xả mà vẫn duy trì mức năng lượng lưu trữ.

Theo các nhà nghiên cứu, cực dương dùng thành phần của Silly Putty có thể trải qua hàng trăm lần sạc/xả, vượt quá những giới hạn thử nghiệm và họ đang tìm cách tăng quy mô cho quy trình lên cấp độ thương mại. Kết quả nghiên cứu của UC Riverside đã vừa được đăng tải trên tạp chí Nature.