Các nhà nghiên cứu đã phát triển một pin lithium-ion có th�� sạc lại dưới dạng một sợi siêu dài có th�� được dệt thành vải. Pin có th�� cho phép một loạt các thiết b�� điện t�� có th�� đeo được, và thậm chí có th�� được s�� dụng đ�� sản xuất pin in 3D trong hầu như bất k�� hình dạng nào.

Các nhà nghiên cứu hình dung ra những kh�� năng mới cho các thiết b�� truyền thông, cảm biến và tính toán t�� cung cấp năng lượng có th�� được mặc như quần áo thông thường, cũng như các thiết b�� có pin cũng có th�� tăng gấp đôi như các b�� phận cấu trúc.

Trong một bằng chứng v�� khái niệm, nhóm nghiên cứu đằng sau công ngh�� pin mới đã sản xuất pin sợi linh hoạt dài nhất th�� giới, dài 140 mét, đ�� chứng minh rằng vật liệu có th�� được sản xuất với chiều dài tùy ý. Công trình được mô t�� ngày hôm nay trên tạp chí Materials Today. MIT postdoc Tural Khudiyev (hiện là tr�� lý giáo sư tại Đại học Quốc gia Singapore), cựu tiến sĩ MIT Jung Tae Lee (hiện là giáo sư tại Đại học Kyung Hee) và Benjamin Grena SM '13, Tiến sĩ '17 (hiện đang làm việc tại Apple) là những tác gi�� chính trong bài báo. Các đồng tác gi�� khác là các giáo sư MIT Yoel Fink, Ju Li và John Joannopoulos, và bảy người khác tại MIT và các nơi khác.

Các nhà nghiên cứu, bao gồm các thành viên của nhóm này, trước đây đã chứng minh các sợi có chứa nhiều thành phần điện t��, bao gồm điốt phát sáng (ĐÈN LED), cảm biến ảnh, thông tin liên lạc và h�� thống k�� thuật s��. Nhiều trong s�� này có th�� dệt và có th�� giặt được, làm cho chúng tr�� nên thiết thực đ�� s�� dụng trong các sản phẩm đeo được, nhưng tất c�� đều dựa vào nguồn năng lượng bên ngoài. Bây gi��, pin sợi này, cũng có th�� dệt và có th�� giặt được, có th�� cho phép các thiết b�� như vậy hoàn toàn khép kín.

Pin sợi mới được sản xuất bằng cách s�� dụng gel pin mới và h�� thống v�� sợi tiêu chuẩn bắt đầu với một xi lanh lớn hơn chứa tất c�� các thành phần và sau đó làm nóng nó đến ngay dưới điểm nóng chảy của nó. Vật liệu được v�� qua một l�� hẹp đ�� nén tất c�� các b�� phận đến một phần nh�� của đường kính ban đầu của chúng, trong khi duy trì tất c�� s�� sắp xếp ban đầu của các b�� phận.

Pin sợi tiếp tục cung cấp năng lượng cho đèn LED ngay c�� sau khi cắt một phần cho thấy h�� thống pin sợi không b�� mất điện giải và ngắn mạch.

Trong khi những người khác đã c�� gắng sản xuất pin �� dạng sợi, Khudiyev nói, chúng được cấu trúc bằng các vật liệu chính �� bên ngoài sợi, trong khi h�� thống này nhúng lithium và các vật liệu khác bên trong sợi, với lớp ph�� bên ngoài bảo v��, do đó trực tiếp làm cho phiên bản này ổn định và không thấm nước. Đây là minh chứng đầu tiên của một pin sợi dài dưới km, vừa đ�� dài vừa có đ�� bền cao đ�� có các ứng dụng thực t��, ông nói.

Thực t�� là h�� đã có th�� tạo ra một pin sợi 140 mét cho thấy rằng "không có giới hạn trên rõ ràng v�� chiều dài. Chúng tôi chắc chắn có th�� thực hiện một chiều dài km,' ông nói. Một thiết b�� trình diễn s�� dụng pin sợi mới kết hợp h�� thống thông tin liên lạc "Li-Fi" - một trong đó các xung ánh sáng được s�� dụng đ�� truyền d�� liệu và bao gồm micrô, tiền amp, bóng bán dẫn và điốt đ�� thiết lập liên kết d�� liệu quang học giữa hai thiết b�� vải dệt.

"Khi chúng tôi nhúng các vật liệu hoạt động bên trong sợi, điều đó có nghĩa là các thành phần pin nhạy cảm đã có niêm phong tốt", Khudiyev nói, "và tất c�� các vật liệu hoạt động đều được tích hợp rất tốt, vì vậy chúng không thay đổi v�� trí của chúng" trong quá trình v��. Ngoài ra, pin sợi kết qu�� mỏng hơn và linh hoạt hơn nhiều mang lại t�� l�� khung hình, đó là phân s�� chiều dài đến chiều rộng, lên đến một triệu, vượt xa các thiết k�� khác, điều này làm cho việc s�� dụng thiết b�� dệt tiêu chuẩn đ�� tạo ra các loại vải kết hợp pin cũng như h�� thống điện t��.

Pin sợi rút nhiệt (phải) có kh�� năng chống cháy do các điện cực gel và chất điện phân gel, trong khi pin sợi điều khiển với chất điện phân lỏng (trái) ngay lập tức bắt lửa và m�� rộng.

Sợi 140 mét được sản xuất cho đến nay có kh�� năng lưu tr�� năng lượng là 123 milliamp gi��, có th�� sạc đồng h�� thông minh hoặc điện thoại, ông nói. Thiết b�� sợi ch�� có đ�� dày vài trăm micron, mỏng hơn bất k�� n�� lực nào trước đây đ�� sản xuất pin �� dạng sợi.

"V�� đẹp của cách tiếp cận của chúng tôi là chúng tôi có th�� nhúng nhiều thiết b�� vào một sợi riêng l��, Lee nói, "không giống như các phương pháp khác cần tích hợp nhiều thiết b�� sợi." H�� đã chứng minh s�� tích hợp của pin LED và Li-ion trong một sợi duy nhất và ông tin rằng hơn ba hoặc bốn thiết b�� có th�� được kết hợp trong một không gian nh�� như vậy trong tương lai. "Khi chúng tôi tích hợp các sợi này có chứa nhiều thiết b��, aggragate s�� thúc đẩy việc thực hiện một máy tính vải nh�� gọn."

Ngoài các sợi một chiều riêng l��, có th�� được dệt đ�� sản xuất vải hai chiều, vật liệu cũng có th�� được s�� dụng trong in 3D hoặc các h�� thống hình dạng tùy chỉnh đ�� tạo ra các vật th�� rắn, chẳng hạn như v�� có th�� cung cấp c�� cấu trúc của thiết b�� và nguồn điện của nó. Đ�� chứng minh kh�� năng này, một tàu ngầm đ�� chơi đã được bọc bằng sợi pin đ�� cung cấp năng lượng cho nó. Kết hợp nguồn năng lượng vào cấu trúc của các thiết b�� như vậy có th�� làm giảm trọng lượng tổng th�� và do đó cải thiện hiệu qu�� và phạm vi mà chúng có th�� đạt được.

"Đây là lần in 3D đầu tiên của một thiết b�� pin sợi quang", Khudiyev nói. "Nếu bạn muốn tạo ra các vật th�� phức tạp" thông qua in 3D kết hợp thiết b�� pin, ông nói, đây là h�� thống đầu tiên có th�� đạt được điều đó. "Sau khi in, bạn không cần phải thêm bất c�� th�� gì khác, bởi vì mọi th�� đã �� bên trong sợi, tất c�� các kim loại, tất c�� các vật liệu hoạt động. Nó ch�� là in một bước. Đó là lần đầu tiên."

Điều đó có nghĩa là bây gi��, ông nói, "Các đơn v�� tính toán có th�� được đặt bên trong các vật th�� hàng ngày, bao gồm li-fi."

Nhóm nghiên cứu đã nộp đơn xin cấp bằng sáng ch�� v�� quy trình này và tiếp tục phát triển các cải tiến hơn nữa v�� công suất điện và các biến th�� trên các vật liệu được s�� dụng đ�� cải thiện hiệu qu��. Ông Khudiyev cho biết pin sợi như vậy có th�� sẵn sàng đ�� s�� dụng trong các sản phẩm thương mại trong vòng vài năm tới.

"S�� linh hoạt v�� hình dạng của pin mới cho phép các thiết k�� và ứng dụng chưa từng có trước đây", Martin Winter, giáo sư hóa học vật lý tại Đại học Muenster �� Đức, người không tham gia vào công việc này cho biết. Gọi công việc này là "rất sáng tạo", ông nói thêm: "Vì hầu hết các công trình học thuật v�� pin bây gi�� nhìn vào lưu tr�� lưới điện và xe điện, đây là một s�� sai lệch tuyệt vời so với dòng chính."

Nghiên cứu được h�� tr�� bởi chương trình MIT MRSEC của Qu�� Khoa học Quốc gia, Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội Hoa K�� thông qua Viện Công ngh�� Nano Người lính, chương trình học bổng nghiên cứu sau đại học của Qu�� Khoa học Quốc gia và Qu�� Nghiên cứu Quốc gia Hàn Quốc.