Nhóm nghiên cứu tại Viện Thiết kế và Công nghệ Bền vững Trottier của Đại học McGill (Canada) đã phát triển mẫu pin mềm dẻo có khả năng uốn cong, kéo giãn và tự phân hủy trong môi trường. Thiết kế nhắm đến việc giảm lượng pin thải ra từ các thiết bị đeo hiện nay.

Phó giáo sư Sharmistha Bhadra thuộc Khoa Kỹ thuật Điện và Máy tính, người giám sát dự án, chia sẻ: “Chúng tôi sử dụng rất nhiều pin cho các thiết bị đeo trong phòng thí nghiệm. Cuối cùng chúng hỏng và phải bỏ đi. Dự án này đặt ra câu hỏi: liệu có thể tạo ra loại pin vừa phân hủy sinh học vừa có độ đàn hồi và vẫn hoạt động hiệu quả hay không?”.

Nhóm tập trung thay thế các điện cực kim loại nặng trong pin truyền thống bằng vật liệu phân hủy sinh học, đồng thời tìm cách cải thiện hiệu năng.

Magie và molypden vốn được dùng trong mẫu pin phân hủy sinh học vì dễ suy giảm trong môi trường, nhưng thường cho hiệu suất thấp. Riêng pin dùng magie còn bị hình thành một lớp phản ứng trên bề mặt, cản trở tương tác giữa điện cực và chất điện giải, từ đó giảm điện áp và rút ngắn tuổi thọ.

Để khắc phục, nhóm sử dụng hai axit tự nhiên — axit citric và axit lactic. Khi kết hợp với gelatin, chúng ngăn lớp cản trở xuất hiện và giúp nâng cao đáng kể hiệu suất pin.

Nghiên cứu sinh Junzhi Liu, người dẫn đầu quá trình phát triển và thử nghiệm, cho biết: “Magie có thể tạo ra lớp ngăn phản ứng giữa điện cực và chất điện giải. Chúng tôi phát hiện lớp này có thể bị phá vỡ nhờ axit citric hoặc axit lactic, giúp kéo dài tuổi thọ và tăng điện áp”.

Để pin trở nên linh hoạt khi sử dụng, hỗn hợp axit được hòa trong gelatin nhằm tạo chất điện giải mềm và đàn hồi.

Tiếp đó, nhóm cắt pin theo họa tiết kirigami — một kỹ thuật hình học cho phép vật liệu giãn nở và xoắn mà không bị rách. Kirigami vốn được dùng trong thiết bị điện tử co giãn nhưng hiếm khi xuất hiện trong pin phân hủy sinh học. Khi thử nghiệm, mẫu pin có thể kéo giãn tới 80% mà vẫn duy trì hiệu suất.

Nhóm cũng kết nối pin với cảm biến áp suất để thử nghiệm thực tế. Pin tạo ra khoảng 1,3V — thấp hơn pin AA tiêu chuẩn 1,5V — nhưng đủ để vận hành thiết bị đeo.

Theo nhóm nghiên cứu, thiết kế phù hợp cho các thiết bị cấy ghép y tế, thiết bị đeo mềm và cảm biến IoT linh hoạt.

Hiện nhóm đang tìm kiếm đối tác để phát triển công nghệ. Các bước tiếp theo bao gồm thu nhỏ thiết kế cho thiết bị cấy ghép, tăng hiệu suất và kết hợp pin với mạch điện hoàn toàn phân hủy sinh học.

Phó giáo sư Bhadra nhấn mạnh: “Động lực lớn nhất là xử lý rác thải điện tử ngày càng tăng. Các bãi rác chứa đầy thiết bị điện tử bỏ đi. Chúng ta tái chế kém và phần lớn rác thải được chuyển đến các quốc gia thu nhập thấp. Việc phát triển thiết bị điện tử phân hủy sinh học có thể giúp giảm phần nào vấn đề”.

Theo IE