Pin mới có thể gắn lại linh hoạt

Một nhóm nghiên cứu chung từ KIER, KAIST , PNU, NTU phát triển một thiết bị lưu trữ năng lượng loại nhãn dán có thể gắn lại hiệu suất cao. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Kỹ thuật Hóa học nổi tiếng thế giới.

Tiến sĩ Yoon Hana tại Phòng thí nghiệm chuyển đổi và lưu trữ năng lượng của Viện nghiên cứu năng lượng Hàn Quốc (KIER, Chủ tịch Kim Jong-nam), Giáo sư Kim Young-Jin (Khoa Kỹ thuật cơ khí, Viện Khoa học và Công nghệ tiên tiến Hàn Quốc) và Giáo sư Kim Seungchul (Khoa Kỹ thuật Quang học và Cơ điện tử, Đại học Quốc gia Pusan) đã cùng nhau phát triển ‘siêu tụ điện siêu nhỏ có thể gắn lại (MSC) * bằng cách sử dụng điện cực graphene gây ra bởi laser và các kết quả nghiên cứu của họ đã được liệt kê trong Tạp chí Kỹ thuật Hóa học *, của nổi tiếng thế giới trong lĩnh vực này.

* MSC là các siêu tụ điện siêu mỏng dựa trên màng mỏng đang được chú ý vì chúng ổn định hơn với mật độ năng lượng và năng lượng cao hơn so với pin màng mỏng Li.

* Tạp chí Kỹ thuật Hóa học được coi là một trong những tạp chí quốc tế tốt nhất trong lĩnh vực kỹ thuật hóa học (được xuất bản bởi Elsevier, SCI IF 8.355)

Khi nhu cầu về các thiết bị đeo nhẹ hơn và nhỏ hơn và các thiết bị IoT chức năng cao tăng lên, nhu cầu ngày càng tăng đối với các công nghệ mới để thu thập, lưu trữ, quản lý năng lượng. Những thiết bị đeo được và các sản phẩm IoT ngày càng được áp dụng cho các lĩnh vực khác nhau trong xã hội ngày nay. Do đó, các nhà nghiên cứu đang tích cực thực hiện các hoạt động R & D để phát triển các thiết bị lưu trữ năng lượng với các chức năng bổ sung bên cạnh việc cung cấp năng lượng.

Điều kiện tiên quyết của các thiết bị lưu trữ năng lượng có thể đeo là chúng có thể thay đổi hình dạng cùng với việc thay đổi hình dạng cơ thể và chuyển động của con người trong khi linh hoạt, an toàn khi sử dụng và cung cấp độ bền tuyệt vời. Pin thông thường không linh hoạt vì chúng được phát triển để có cấu trúc cơ sở hình trụ, hình lăng trụ hoặc dạng túi và có mật độ năng lượng hạn chế. Vì vậy, họ có một số hạn chế được áp dụng cho các sản phẩm thế hệ tiếp theo như thiết bị đeo được hoặc thiết bị siêu nhỏ đòi hỏi tính linh hoạt cao, tính di động và mật độ năng lượng khu vực hoặc thể tích.

• 

Trước đây, các nỗ lực R & D để phát triển các thiết bị lưu trữ năng lượng cho các thiết bị đeo được chủ yếu được đặt trên pin màng mỏng Li. Pin vi mạch Li, là nguồn năng lượng rộng rãi và thương mại cho vi điện tử, bị chu kỳ sống ngắn, hỏng đột ngột, động học nhiệt độ thấp không ổn định và gây lo ngại về an toàn khi liên quan đến lithium.

Gần đây, MSC đang thu hút sự chú ý cao khi là thiết bị lưu trữ năng lượng thế hệ tiếp theo để thay thế pin màng mỏng Li. Về nguyên tắc, các siêu tụ điện được sử dụng bán vĩnh viễn và có nhiều lợi ích như mật độ năng lượng cao (gấp 10 lần so với pin lithium ion), độ ổn định, hiệu quả và tốc độ sạc / xả nhanh. Tuy nhiên, phạm vi sử dụng của chúng có phần bị giới hạn ở một số khu vực nhất định do mật độ năng lượng thấp trên mỗi tải (ước tính bằng 1/10 pin Li). So với các siêu tụ điện, MSC có mật độ năng lượng cao hơn đáng kể so với pin lithium và mật độ năng lượng tương đương hoặc thậm chí cao hơn so với các đối thủ của chúng. Do đó, chúng được coi là một giải pháp thay thế cho các thiết bị lưu trữ năng lượng hiệu suất cao siêu mỏng.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công các loại tàu linh hoạt loại nhãn dán có cấu trúc linh hoạt và có thể được gắn ở mọi nơi trên các vật thể hoặc bề mặt bằng cách sử dụng tia laser xung cực nhanh.

Laser xung Ultrashort có thể ngay lập tức tạo ra cường độ mạnh để tạo ra các điện cực graphene có độ phồng cao. Bằng cách tẩm các vật liệu tổng hợp polymer dính vào bên trong graphene bị sưng rất cao, các nhà nghiên cứu đã có thể phát triển các loại MSC nhãn dán với hiệu suất điện cực tuyệt vời và độ bền trong khi vẫn duy trì độ bám dính.

Dopamine, một mô phỏng chức năng của protein kết dính của vẹm, đã được giới thiệu như một vật liệu phủ cho các MSC linh hoạt loại nhãn dán để cải thiện hiệu suất điện hóa. Các nhóm catechol trong dopamine cung cấp các gốc hoạt tính oxi hóa khử cho các điện cực giả. Bằng cách đó, họ có thể phát triển các thiết bị lưu trữ năng lượng linh hoạt kiểu nhãn dán có mật độ năng lượng thể tích cao tương tự như pin màng mỏng lithium với mật độ năng lượng thể tích tuyệt vời, gấp 13 lần so với các đối tác của họ.

Tiến sĩ Hana Yoon của KIER, nhà điều tra chính của nghiên cứu này, cho biết, các MSC linh hoạt kiểu nhãn dán của chúng tôi dễ dàng gắn lại với các thiết bị đeo được thế hệ tiếp theo và các thiết bị IoT và thân thiện với môi trường. Họ dự kiến ​​sẽ giải quyết nhiều trở ngại của các công nghệ lưu trữ năng lượng dựa trên lithium.

Ngoài ra, giáo sư KAIST, Young-jin Kim, đồng nghiên cứu của nghiên cứu này, cho biết, Công nghệ tạo mẫu được phát triển từ nghiên cứu này đã tạo ra graphene sưng độc đáo với laser xung ultrashort trong một khoảng thời gian tương đối ngắn, trong khi giảm thiểu mất vật liệu . Công nghệ này có tiềm năng thúc đẩy các ứng dụng công nghiệp của graphene cảm ứng laser đến các lĩnh vực khác nhau.

Theo Scitechdaily