Pin là một loại thiết bị tạo ra năng lượng đã rất quen thuộc với chúng ta rôi. Chúng có mặt tại rất nhiều đồ dùng trong gia đình như đồng hồ, các loại remote điều khiển từ xa… Còn tre thì lại là một loại cây cực kỳ phổ biến ở miền quê Bắc Bộ, Việt Nam. Cây tre được tận dụng làm rất nhiều vật dụng trong gia đình: rổ, rá… Pin và tre tuy đều không còn xa lạ với chúng ta nữa những hai thứ này gần như không có kết nối gì với nhau. Nhưng ngày nay khi công nghệ và khoa học không ngừng phát triển thì tre lại có thể làm ra được pin.
Mục Lục
Phát minh ra pin có thể sạc nhanh nhiều lần
Tre, loại cây phát triển nhanh nhất thế giới nhờ màng dẫn nước bên trong có cấu trúc đặc biệt. Lớp màng này trở thành ý tưởng tiên tiến cho nhóm nghiên cứu QUT phát triển những điện cực hiệu quả. Nó cho phép pin có thể sạc với tốc độ nhanh hơn nhiều lần. Có thể nói đây là một phát minh rất có tính ứng dụng trong công nghệ đời sống của con người.
GS Ziqi Sun, chuyên sâu nghiên cứu phát triển các giải pháp năng lượng bền vững. Từ những cấu trúc tự nhiên và nhóm các nhà khoa học, TS Jun Mei của QUT, GS Xiaomin Peng, TS Qian Zhang, Xiaoqi Zhang và GS Ting Liao đã đồng xuất bản công trình nghiên cứu của mình. Đây là công trình về ứng dụng cấu trúc màng sinh học nhiều lớp trong thân tre. Lớp màng nghiên cứu đặc biệt này cho các điện cực pin trên tạp chí Vật liệu Chức năng Tiên tiến.
GS Ziqi Sun cho biết, lớp màng chỉ dày bằng một tờ giấy mỏng. Nhưng lại cho phép vận chuyển nước và dinh dưỡng cực nhanh theo thân cây. Khiến tre có thể phát triển với tốc độ khoảng 40mm một giờ.
Cấu tạo của màng sinh học từ tre
Lớp màng tre được tạo thành từ nhiều lớp. Các lớp được đóng gói rất sát nhau ở phía gần nhất vòng trong ống đốt tre, xa cách hơn hướng tâm cây tre. Một đặc điểm nữa là các lớp có cấu trúc xốp trên bề mặt bên trong. Màng là thành phần quan trọng nhất trong những thiết bị lưu trữ năng lượng. Đây hứa hẹn sẽ là một bước đột phá có được một ứng viên vật liệu tiềm năng. Đặc biệt là đối với việc lưu trữ năng lượng hiệu suất cao sẽ rất đáng để hi vọng.
Qua nghiên cứu, các nhà khoa học phát hiện được rất nhiều điều thú vị. Cấu trúc màng tre với nhiều lớp đan xen nhau. Điều này cho phép nước và chất điện giải di chuyển trong thân tre theo hai cách. Cấu trúc phân lớp bên trong, khoảng cách rất sát. Điều này sẽ cho phép chất lỏng và chất điện phân di chuyển “siêu lỏng”. Điều này có nghĩa là chất lỏng di chuyển rất nhanh trong cây tre. Lớp bên ngoài, với nhiều khoảng trống hơn giữa các lớp. Cấu tạo này cho phép chất lỏng phân tán nhanh hơn qua cấu trúc màng. Đó là lý do vì sao trong các ống tre luôn có nước.
Màng sinh học từ tre cho kết quả ưu việt
Dự án nghiên cứu được phát triển trên cơ sở kết quả công trình trước đây về hiệu quả của vật liệu nano hai chiều. Đây là loại vật liệu siêu mỏng cho sự vận chuyển cực nhanh các ion qua pin. Trên cơ sở cấu trúc màng tre, nhóm nghiên cứu chế tạo một lớp màng mô phỏng cấu trúc tự nhiên. Lớp cấu trúc này sử dụng các lớp “tấm nano” coban oxit và graphene. Mỏng hơn tóc người khoảng 100.000 lần.
Màng sinh học được chế tạo có hình tròn 50mm, dày hàng chục micromet (một micromet bằng 0,001mm). Được tạo thành từ hàng nghìn lớp. Sau đó sẽ được kiểm tra khả năng vận chuyển các ion bằng cách đặt vào pin lithium-ion. Kết quả cho thấy, màng sinh học hoạt động vượt trội hơn các vật liệu khác thường được sử dụng cho các điện cực trong pin.
Nhóm nghiên cứu mô phỏng cấu trúc lớp của màng tre. Người ta áp dụng lực hút vào một mặt của các tấm nano. Những lớp gần bề mặt điện cực được ép chặt lại với khoảng cách nhỏ hơn 5nm có lực hút cao. Những lớp bên ngoài xếp lên nhau, khoảng cách lên đến 2.200nm với lực hút yếu khi các lớp hình thành. Nanometer là một phần tỷ của mét.
Các nhà khoa học nghiên cứu về lĩnh vực công nghệ đời sống cũng thử nghiệm khả năng thấm ướt của màng. Đó là khả năng chất lỏng duy trì sự tiếp xúc với bề mặt rắn. Thí nghiệm cho thấy, các màng sinh học có một hành vi siêu thấm đối với chất điện phân hữu cơ.