Sự chuyển đổi dòng electron giúp pin dự trữ năng lượng lâu hơn

(H2N2)-Hằng ngày, chúng ta có thói quen sử dụng các thiết bị điều khiển từ xa để điều chỉnh các chương trình ti vi, máy lạnh,… Và có lẽ mọi người đều nhận thấy sự bất tiện khi cái điều khiển thân yêu bỗng nhiên “trơ” ra. Tìm kiếm pin thay thế nhưng chúng đã “chảy nước” vì để quá lâu. Làm sao đây???

Pin là một sản phẩm hết sức quan trọng cho nền tảng điện tử học ngày nay, đây là sự thật không cần phải tranh luận thêm nữa. Nếu thiếu chúng, các thiết bị di động sẽ mất đi tính chất “di động” và có thể hiện nay ta vẫn dùng tay quay để khởi động chiếc xe hơi của mình. Việc bùng nổ các thiết bị điện tử di động nhỏ bé hoạt động bằng pin phải đi đôi đến việc kiểm soát việc thải pin đã qua sử dụng, bởi phần lớn những cục pin này đều chứa một hàm lượng lớn kim loại nặng rất độc. Hóa học ngày nay đã tìm ra một phương pháp mới để có thể di chuyển các electron giữa hai phân tử, đây là phương pháp nhằm phát triển các hệ pin hữu cơ với kích thước nhỏ gọn hơn và hoạt động không cần đến những kim loại nặng chứa độc tính.

Pin gồm những phần tử điện hoá học tích trữ năng lượng ở hình thức hoá năng, và có thể biến đổi thành điện năng khi liên kết với một mạch điện có dòng điện đang hoạt động. Khi những phân tử gặp nhau, chúng tạo thành những hợp chất mới thông qua việc trao đổi electron. Trong một vài trường hợp, quá trình chuyển đổi electron tạo ra một phân tử tích điện dương và một tích điện âm. Những phân tử trái dấu sẽ hút nhau và kết hợp thành một phân tử mới. Và khi đó, pin sẽ chấm dứt quá trình hoạt động do sự di chuyển của các electrons đã chấm dứt.

Trong nghiên cứu của mình, hai nhà hóa học Christopher Biewlawski và Jonathan Sessier tại trường Đại học Texas, Austin đã có thể tạo ra hai phân tử gặp nhau, trao đổi electron nhưng không kết hợp tạo thành chất mới.

Lực hút đẩy giữa các phân tử

Tiến sỹ hoá học Bielawski cho biết: “Những phân tử này như được đặt trên lò xo để đẩy về một bên sau khi tương tác với những phân tử khác”. Ông cho biết thêm: “Sau khi sự trao đổi electron xảy ra, hai phân tử mang điện tích dương được tạo thành sẽ đẩy nhau mạnh tương tự như hai cực cùng dấu của thanh nam châm. Chúng tôi cũng đã thiết lập một hệ thống công tắc hóa học nhằm cho phép quá trình trao đổi electron có thể diễn ra theo hướng ngược lại.”

Giáo sư Sessler làm việc tại khoa Hoá trường Đại học Texas, Austin và là giáo sư thỉnh giảng tại Đại học Yonsei cho biết thêm: “Đây là lần đầu tiên sự chuyển đổi dòng electron thuận chiều và ngược chiều được kiểm soát hoàn toàn thông qua quá trình kiểm soát sự trao đổi các electrons ở kích cỡ phân tử.”

Tiến sỹ Biewlawski cũng cho biết rằng hệ thống này cung cấp những kết quả và cơ sở quan trọng cho quá trình sản xuất pin hữu cơ. Ông nói thêm, việc hiểu biết những quá trình trao đổi electron trong các phân tử sẽ tạo ra cách thiết kế pin hữu cơ với mục đích tích trữ năng lượng để có thể tái sử dụng cho lần dùng sau

Pin hữu cơ

Pin hữu cơ được sản xuất từ những vật liệu hữu cơ nhằm thay thế những kim loại nặng chứa độc tính sẽ có khối lượng nhẹ, được đúc thành bất kỳ hình dáng nào, có khả năng tích trữ nhiều năng lượng hơn pin thông thường, an toàn hơn, giá thành sản xuất thấp và thân thiện với môi trường khi phân hủy.

“Tôi sẽ yêu quý chiếc Iphone hơn nếu nó mỏng và nhẹ hơn, pin có thể kéo dài một tháng hay thậm chí chỉ là một tuần thay cho một ngày hiện nay”. Tiến sỹ Biewlawski hài hước. “Điều này sẽ dễ dàng thực hiện khi ta sở hữu một cục pin hữu cơ. Và từ bây giờ chúng ta hãy chung tay vào việc tạo ra những cơ sở hoá học cần thiết để biến giấc mơ này thành hiện thực thương mại.”

Thêm vào đó, việc tạo ra những công tắc chuyển đổi ở cấp độ phân tử có thể là một bước tiến cho việc phát triển công nghệ tương tự như khả năng tổng hợp ánh sáng của cây để chuyển hoá thành năng lượng thông qua quá trình quang hợp. Với công nghệ như thế, nhiên liệu có thể được sản xuất trực tiếp từ mặt trời và điều này tốt hơn hẳn việc sản xuất năng lượng từ các loài thực vật trung gian như bắp chẳng hạn.

“Tôi vô cùng thích thú trước toàn cảnh sự kết hợp của quá trình trao đổi electron với hệ thống “công tắc chuyển đổi dòng ở phân tử” này với việc tập trung ánh sáng để nghiên cứu phát triển một thiết bị đẩy mạnh quá trình quang hợp nhân tạo.” Sessler hào hứng: “Việc thực hiện được giấc mơ này sẽ là một bước tiến lớn cho khoa học.” Những nghiên cứu của các nhà Khoa học trường Đại học Texas, Austin đều được công bố trên tạp chí Science.

Hoahocngaynay.com

Nguồn Gizmag/Cyberchemvn.com