Các nhà khoa học tại trường Đại học Illinois đã nghiên cứu để phát triển một loại pin cực nhỏ từng được tạo ra, làm chúng mạnh hơn gấp khoảng 1000 lần so với các pin lithium (Li) và mở đường cho các loại smartphone có thể được sạc trong chỉ một giây.

“Đây là một cách hoàn toàn mới để nghĩ về các cục pin”, trưởng nhóm nghiên cứu, William King cho hay.

Các pin mới này có cấu trúc bên trong ba chiều nhờ hiệu suất cao của chúng. Giống như tất cả các loại pin khác, chúng có hai thành phần chính là cực dương (anot) và cực âm (katot).

Dựa trên một thiết kế âm cực sạc nhanh lạ thường, các nhà khoa học đã phát triển một cực dương phù hợp và sau đó tạo ra một cách thức mới để tích hợp hai thành phần này vào một lớp rất nhỏ để tạo ra một cục pin hoàn chỉnh với hiệu suất cao.

Các pin này có thể kết nối các bộ cảm biến hoặc các tín hiệu radio phát sóng xa hơn gấp 30 lần, hoặc các thiết bị nhỏ hơn 30 lần.

Các pin này có thể sạc lại và có thể sạc nhanh hơn gấp 1.000 lần so với các công nghệ cạnh tranh khác.

Về mặt lý thuyết một chiếc điện thoại thẻ mỏng có thể được sạc trong chưa đầy một giây.

“Một loại pin có thể cung cấp năng lượng nhiều hơn bất cứ ai từng nghĩ đến”, William King nói.“Trong những thập kỷ gần đây, các thiết bị điện tử đã nhỏ gọn hơn. Các bộ phận xử lý của các máy tính đã nhỏ gọn hơn, và pin đã bị tụt lại phía sau. Đây là một vi công nghệ có thể giúp thay đổi điều đó. Bây giờ thì nguồn cung cấp năng lượng (các pin) đã có hiệu suất cao như những bộ phận khác”.

Cho đến gần đây, người sử dụng vẫn phải chọn lựa giữa công suất và năng lượng.

Với các ứng dụng cần công suất cao như phát sóng radio trên một khoảng cách lớn, các tụ điện có thể giải phóng năng lượng rất nhanh nhưng các tụ điện chỉ có thể lưu trữ một lượng nhỏ.

Với các ứng dụng cần nhiều năng lượng, giống như chạy radio trong một thời gian dài, các pin nhiên liệu và pin có thể chứa nhiều năng lượng nhưng chúng mất nhiều thời gian để sạc.

“Đó là (luôn luôn là) một sự hy sinh”, James Pikul, một sinh viên tốt nghiệp và là tác giả đầu tiên của bài báo cho biết.

“Nếu bạn muốn năng lượng cao, bạn không thể có công suất cao; Nếu bạn muốn có công suất cao thì rất khó để có năng lượng cao”.

“Nhưng đối với các ứng dụng thú vị, đặc biệt là các ứng dụng hiện đại, bạn thực sự cần cả hai điều trên”.

“Đó là cái mà loại pin của chúng tôi đang bắt đầu làm được. Chúng tôi đang thực sự xâm nhập vào khu vực trong không gian thiết kế lưu trữ năng lượng hiện không có trong các công nghệ ngày nay”.

Vì các pin kiểu cũ có công suất kém, các điện thoại hiện đại thường xuyên cần phải sạc.

Loại vi pin (microbattery) mới cung cấp cả công suất và năng lượng, và bằng cách thay đổi cấu trúc một cách nhẹ nhàng, các nhà nghiên cứu có thể tinh chỉnh chúng, và vì vậy có một sự dung hòa tốt hơn giữa công suất và mức năng lượng.

Pin điện thoại di động thường là nguyên nhân phổ biến gây phiền toái vì tuổi thọ ngắn ngủi của chúng.

Xây dựng trên một cực âm mới sạc nhanh chóng được thiết kế bởi nhóm của giáo sư Paul Braun, King và Pikul đã phát triển một cực dương phù hợp và phát triển một cách mới để tích hợp hai cực này trong một tấm nhỏ để tạo ra một cục pin hoàn chỉnh với hiệu suất cao.

Ngoài các thiết bị điện tử dân dụng, các thiết bị y tế, laser, các cảm biến và các ứng dụng khác có thể trải qua các bước tiến nhảy vọt trong công nhệ với các nguồn năng lượng sẵn có như trên.

“Cho đến nay, bất kỳ loại thiết bị điện tử nào cũng bị giới hạn bởi kích thước của pin”, King nói.

“Hãy xem các thiết bị y tế và cấy ghép cá nhân, các thiết bị này có pin là một cục to và được kết nối với các thiết bị điện tử bé tí xíu và các dây dẫn siêu nhỏ. Giờ thì pin cũng bé tí xíu”.

Các nhà nghiên cứu hiện đang tiến hành tích hợp pin của họ với các hợp phần điện tử khác, cũng như giảm chi phí sản xuất loại pin này.

“Chúng tôi giờ có thể nghĩ xa hơn”, Pikul nói. “Đây là một công nghệ mới. Nó không phải là một cải tiến công nghệ thông qua các công nghệ đã có trước đây, nó phá vỡ các mô hình thông thường của các nguồn năng lượng. Nó cho phép chúng ta làm khác đi, làm những điều thực sự mới mẻ”.