Một thử nghiệm ngẫu hứng làm thay đổi hướng nghiên cứu
Pin sạc siêu bền trong nghiên cứu của Mya Le Thai là một cấu trúc điện cực dây nano được phủ mangan dioxide và gel điện phân, nhằm hạn chế hư hại khi sạc xả lặp lại. Năm 2016, tại phòng thí nghiệm Đại học California, Irvine, nghiên cứu sinh Mya Le Thai đang tìm cách cải thiện dây nano vàng vốn có tiềm năng lưu trữ năng lượng nhưng dễ xuống cấp. Trong một thử nghiệm ngoài dự kiến, cô phủ mangan dioxide lên dây nano rồi bổ sung lớp gel có đặc tính tương tự Plexiglas. Thay đổi nhỏ ấy không xuất phát từ một lời hứa thương mại, mà từ câu hỏi thực nghiệm: liệu lớp phủ có giúp vật liệu chịu được thêm chu kỳ sạc hay không? Khi thiết bị vẫn hoạt động qua các mốc thử nghiệm liên tiếp, kết quả khiến nhóm nghiên cứu bất ngờ. Điểm đáng chú ý không chỉ là sự tình cờ, mà còn là cách một thao tác vật liệu mở ra hướng giải quyết điểm yếu cơ học của điện cực.
Lớp gel giúp dây nano chịu được nhiều chu kỳ hơn
Dây nano có diện tích bề mặt lớn, nhưng quá trình ion di chuyển khi pin sạc và xả khiến cấu trúc co giãn, nứt vỡ rồi mất dần khả năng lưu trữ. Theo cách giải thích của nhóm nghiên cứu, lớp gel giúp cấu trúc đàn hồi hơn để thích ứng với chuyển động của ion, qua đó hạn chế nứt gãy. Trong thử nghiệm, điện cực vượt 10.000 rồi 30.000 chu kỳ; sau ba tháng, con số được báo cáo đã đạt 200.000 chu kỳ mà không ghi nhận suy giảm dung lượng đáng kể. Để so sánh, pin máy tính xách tay thông thường có tuổi thọ khoảng 300–500 chu kỳ. Đây là kết quả phòng thí nghiệm đầy hứa hẹn, nhưng không nên hiểu rằng mọi thành phần của một viên pin hoàn chỉnh đã được thử nghiệm tương tự. Phát hiện cho thấy có thể cải thiện độ bền của vật liệu điện cực; nó chưa chứng minh rằng một sản phẩm tiêu dùng sẽ vận hành lâu như vậy.
Con số 400 năm là triển vọng, không phải lời bảo đảm
Từ số chu kỳ sạc xả đo được, nhóm nghiên cứu quy đổi độ bền tiềm năng thành khoảng 400 năm sử dụng, dựa trên cách so sánh với pin máy tính xách tay thông thường. Con số này dễ gây ấn tượng, nhưng cần đặt đúng giới hạn: đó là phép quy đổi từ thử nghiệm tăng tốc, không phải một viên pin đã hoạt động suốt bốn thế kỷ. Nếu được phát triển và kiểm chứng thêm, công nghệ pin này có thể kéo dài tuổi thọ pin trong điện thoại, máy tính xách tay, ô tô điện và các thiết bị khác, đồng thời giảm lượng pin lithium-ion bị thải bỏ. Mya Le Thai đã hoàn thành chương trình tiến sĩ và tiếp tục nghiên cứu công nghệ pin; hiện cô giữ vị trí nhà khoa học chính tại Enevate Corporation. Dù vậy, công nghệ dây nano vẫn chưa trở thành sản phẩm thương mại sau gần một thập kỷ và cần được phát triển, kiểm chứng thêm trước khi ứng dụng rộng rãi.
Kết luận hợp lý không phải là sắp có pin dùng hàng trăm năm, mà là một thử nghiệm bất ngờ đã chỉ ra cách bảo vệ điện cực khỏi hư hại. Đây là tín hiệu khoa học đáng theo dõi, chưa phải lời hứa về pin thương mại.
