Công trình pin đột phá này của ông Shangxu Jiang, ông Zhipeng Pei cùng các cộng sự tại Đại học Flinders (Úc) dưới sự dẫn dắt của phó giáo sư Zhongfan Jia, công bố trên Angewandte Chemie International Edition. 

Ở chế độ thử nghiệm, pin đạt dung lượng khoảng 150 mAh/g, có thể nạp trong khoảng 3 phút và hoạt động hơn 60.000 chu kỳ sạc - xả. 

Nếu vận hành ở dung lượng cao hơn, khoảng 200 mAh/g, pin mất khoảng 7 phút để nạp và vẫn duy trì hoạt động qua hơn 8.000 chu kỳ. Theo nhóm Flinders, tốc độ suy giảm dung lượng chỉ khoảng 0,0001% - 0,0003% mỗi chu kỳ, tùy cơ chế lưu trữ được sử dụng. 

Con số 60.000 chu kỳ khiến công nghệ này dễ được gọi vui là một loại "pin trâu". Nhưng điểm đáng chú ý hơn nằm ở cách các nhà khoa học xử lý một căn bệnh lâu năm của pin kẽm-iốt.

Trong loại pin này, iốt tham gia phản ứng ở cực dương. Khi sạc và xả, một số hợp chất chứa iốt có thể hòa tan rồi di chuyển qua chất điện phân sang khu vực khác của pin. 

Hiện tượng này được gọi là "hiệu ứng con thoi", khiến vật liệu hoạt động bị thất thoát, gây phản ứng phụ và làm pin xuống cấp theo thời gian. 

Nhóm Flinders giải quyết vấn đề bằng một vật liệu polyme dựa trên cyclodextrin, loại phân tử đường vòng thường được sử dụng trong thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm.

Cấu trúc đặc biệt của cyclodextrin hoạt động giống những "chiếc lồng" phân tử cực nhỏ. Các hợp chất chứa iốt được giữ trong những khoang này, hạn chế việc chúng chạy sang nơi không mong muốn, nhưng vẫn có thể di chuyển giữa các vị trí cần thiết để phản ứng sạc - xả tiếp tục diễn ra. 

Phó giáo sư Zhongfan Jia cho biết pin kẽm-iốt dùng nước đang nổi lên như một lựa chọn tiềm năng cho lưu trữ năng lượng quy mô lớn, và nhóm hiện làm việc với doanh nghiệp để xây dựng nền tảng nguyên mẫu. 

Đây cũng là điểm cần phân biệt với những viên pin trong điện thoại hay bộ pin ô tô điện. Kết quả sạc 3 phút, hơn 60.000 chu kỳ hiện được ghi nhận trên tế bào thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, chưa phải một bộ pin thương mại có thể lắp ngay vào điện thoại rồi sạc đầy trong 3 phút.

Pin kẽm-iốt được quan tâm vì kẽm tương đối dồi dào và rẻ, còn hệ điện phân gốc nước giúp giảm nguy cơ cháy liên quan tới các dung môi hữu cơ dễ bắt lửa trong nhiều loại pin hiện nay.

Đại học Flinders cho biết Úc hiện sở hữu khoảng 20% - 28% trữ lượng kẽm đã biết trên thế giới, tạo thêm lợi thế nếu công nghệ được phát triển cho các hệ thống lưu trữ điện lớn. 

Ứng dụng mà nhóm nhắm tới trước mắt vì thế là các "kho pin" dùng để giữ điện từ điện Mặt trời, điện gió hoặc lưới điện. Đây là các lĩnh vực mà độ an toàn, tuổi thọ và chi phí vật liệu rất quan trọng.

Bất ngờ: Hóa chất cần cho pin và tên lửa đến từ... nước tiểu

Urê vốn có nhiều trong nước tiểu có thể được biến thành hydrazine - hóa chất giàu năng lượng dùng trong nhiên liệu tên lửa và được nghiên cứu cho các hệ thống năng lượng - chỉ với điện và muối.