Sản xuất năng lượng mà không cần lithium, coban hoặc hóa chất độc hại? Đây chính là ý tưởng đằng sau một loại pin hoàn toàn mới được phát triển bởi một nhóm các nhà nghiên cứu Trung Quốc từ Viện Hàn lâm Khoa học Thâm Quyến. Phát minh của họ sử dụng một loại vi khuẩn rất quen thuộc với giới khoa học, Shewanella oneidensis MR-1, có khả năng tạo ra điện từ hoạt động sinh học của nó.
Việc lắp ráp được hoàn thiện bằng màng trao đổi ion và cực âm chứa ferricyanide. Hệ thống này có thể được in 3D, với hình dạng thích ứng với nhiều mục đích sử dụng khác nhau—một lợi thế nếu nhắm đến các ứng dụng y tế.
Về mặt hiệu suất, loại pin sinh học này sẽ không thay thế ngay lập tức điện thoại thông minh của bạn. Pin này có công suất tối đa là 8,31 µW/cm², dung lượng riêng là 0,4 mAh/g và mật độ năng lượng là 0,008 Wh/L… thấp hơn nhiều so với pin lithium-ion hiện tại. Nhưng đó không phải là mục tiêu. Ý tưởng ở đây là cung cấp một giải pháp thay thế sạch hơn để cung cấp năng lượng cho các thiết bị nhỏ, chẳng hạn như cảm biến y tế, thiết bị cấy ghép hoặc thiết bị đeo được.
Một tính năng thú vị khác: hệ thống có thể tự sạc lại nhờ quá trình trao đổi chất của vi khuẩn. Các cuộc thử nghiệm cho thấy nó có thể chịu được tới mười chu kỳ sạc lại, với hiệu suất 99,5% – nói cách khác, rất ít năng lượng bị mất. Và quan trọng nhất, vi khuẩn vẫn khỏe mạnh: chúng duy trì khả năng sống lớn hơn 97% vào cuối chu kỳ.
Các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng loại pin nhỏ này có thể được sử dụng để kích thích điện các dây thần kinh, đặc biệt là dây thần kinh hông và dây thần kinh phế vị. Loại kích thích có kiểm soát này cuối cùng có thể đóng vai trò trong các phương pháp điều trị y tế hoặc vật lý trị liệu.
Mặc dù chỉ là nguyên mẫu, loại pin sống này cho thấy có thể sản xuất điện theo cách khác, bằng vật liệu phân hủy sinh học và không cần khai thác các nguồn tài nguyên quý hiếm. Đây là một bước tiến nữa hướng tới các hệ thống năng lượng thân thiện hơn với môi trường, với điều kiện là các nhà nghiên cứu tìm ra cách tăng công suất mà không gây hại cho sinh vật.
Một loại pin hữu ích… nhưng không dùng để chạy máy tính
Nguyên mẫu có kích thước bằng một pin cúc áo thông thường (đường kính 20 mm, dày 3,2 mm). Phương pháp này hoạt động nhờ vào hydrogel sống, một loại vật liệu dạng gelatin chứa loại vi khuẩn nổi tiếng này. Chúng được bao bọc trong một ma trận alginate (một thành phần có nguồn gốc từ tảo), nơi chúng vẫn hoạt động trong suốt thời gian hoạt động. Kết quả: một loại pin nhỏ có khả năng tự sản xuất điện.Việc lắp ráp được hoàn thiện bằng màng trao đổi ion và cực âm chứa ferricyanide. Hệ thống này có thể được in 3D, với hình dạng thích ứng với nhiều mục đích sử dụng khác nhau—một lợi thế nếu nhắm đến các ứng dụng y tế.
Về mặt hiệu suất, loại pin sinh học này sẽ không thay thế ngay lập tức điện thoại thông minh của bạn. Pin này có công suất tối đa là 8,31 µW/cm², dung lượng riêng là 0,4 mAh/g và mật độ năng lượng là 0,008 Wh/L… thấp hơn nhiều so với pin lithium-ion hiện tại. Nhưng đó không phải là mục tiêu. Ý tưởng ở đây là cung cấp một giải pháp thay thế sạch hơn để cung cấp năng lượng cho các thiết bị nhỏ, chẳng hạn như cảm biến y tế, thiết bị cấy ghép hoặc thiết bị đeo được.
Một tính năng thú vị khác: hệ thống có thể tự sạc lại nhờ quá trình trao đổi chất của vi khuẩn. Các cuộc thử nghiệm cho thấy nó có thể chịu được tới mười chu kỳ sạc lại, với hiệu suất 99,5% – nói cách khác, rất ít năng lượng bị mất. Và quan trọng nhất, vi khuẩn vẫn khỏe mạnh: chúng duy trì khả năng sống lớn hơn 97% vào cuối chu kỳ.
Các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng loại pin nhỏ này có thể được sử dụng để kích thích điện các dây thần kinh, đặc biệt là dây thần kinh hông và dây thần kinh phế vị. Loại kích thích có kiểm soát này cuối cùng có thể đóng vai trò trong các phương pháp điều trị y tế hoặc vật lý trị liệu.
Mặc dù chỉ là nguyên mẫu, loại pin sống này cho thấy có thể sản xuất điện theo cách khác, bằng vật liệu phân hủy sinh học và không cần khai thác các nguồn tài nguyên quý hiếm. Đây là một bước tiến nữa hướng tới các hệ thống năng lượng thân thiện hơn với môi trường, với điều kiện là các nhà nghiên cứu tìm ra cách tăng công suất mà không gây hại cho sinh vật.
