Một loại pin mới kết hợp điện dung âm và điện trở âm trong cùng một tế bào cho phép tế bào pin tự sạc mà không mất năng lượng. Điều này có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc lưu trữ lâu dài và cải thiện năng lượng đầu ra cho pin. Loại pin này có thể được dùng trong giao tiếp tần số thấp và các thiết bị đèn nhấp nháy, tiếng bíp điện tử, bộ dao động điều khiển điện áp, bộ biến tần, bộ nguồn chuyển đổi, bộ chuyển đổi kỹ thuật số, bộ tạo chức năng và các công nghệ liên quan đến máy tính hiện đại.

Trên tạp chí khoa học Applied Physics Reviews, Helena Braga và các đồng nghiệp tại Đại học Porto ở Bồ Đào Nha và Đại học Texas ở Austin (Mỹ), đã báo cáo quá trình tạo ra loại pin nói trên rất đơn giản với hai kim loại khác nhau để làm điện cực và điện phân thủy tinh lithium hoặc natri giữa hai kim loại này.

“Chất điện phân thủy tinh mà chúng tôi phát triển rất giàu lithium, vì vậy tôi nghĩ rằng chúng tôi có thể tạo ra một loại pin trong đó chất điện phân sẽ cung cấp các ion lithium cho cả hai điện cực, mà không cần đến kim loại lithium khi sạc và khi xả”, Braga nói.

Nghiên cứu này rất có ý nghĩa vì nó thống nhất lý thuyết đằng sau tất cả các thiết bị trạng thái rắn, chẳng hạn như pin, tụ điện, quang điện và linh kiện bán dẫn, nói rằng những vật liệu khác nhau trong tiếp xúc điện thể hiện các tính chất của vật liệu kết hợp thay vì các vật liệu riêng lẻ.

“Khi một trong các vật liệu là chất cách điện hoặc điện môi, nó sẽ thay đổi cục bộ thành phần của nó để tạo ra các tụ điện có thể lưu trữ năng lượng và điều chỉnh mức Fermi trong thiết bị”, Braga cho biết.

Trong pin, sự khác biệt tiềm năng mạch hở giữa các điện cực là do nhu cầu điện để căn chỉnh các mức Fermi, thước đo năng lượng của các electron, chịu trách nhiệm cho sự phân cực của các điện cực. Phản ứng hóa học sẽ xảy ra sau đó và được nuôi dưỡng bởi năng lượng điện thế được lưu trữ trong các tụ điện.

“Các tế bào điện hóa của chúng tôi, có nguyên tắc hoạt động đơn giản hơn pin, đều tự tổ chức. Và đó là bản chất của sự sống”, theo nhà nghiên cứu Braga.

Để đóng góp cho một thế giới bền vững hơn, việc tăng năng lượng dự trữ trong thiết bị nên dừng lại hoặc giảm thiểu bằng cách không cho phép nhảy vọt ở các cấp độ Fermi hoặc bằng cách cấu hình để một kháng cự cực âm xảy ra.

“Điều này có thể đạt được bằng cách dùng cùng một vật liệu ở điện cực âm với các ion dương của chất điện phân. Bằng cách này sẽ giúp phát triển thiết bị tự sạc thay vì thiết bị tăng năng lượng dự trữ bên trong nó. Thiết bị tự sạc có ứng dụng và cải thiện đáng kể của pin và tụ điện”, Braga nói.