Nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà khoa học bao gồm: Shailendra Chiluwal, Nawraj Sapkota, Apparao M. Rao và Ramakrishna Podila đến từ Viện vật liệu nano Clemson (CNI) với sự tài trợ của NASA.

Nhà khoa học Ramakrishna Podila, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết, đa số các vệ tinh chủ yếu lấy năng lượng từ mặt trời để vận hành, tuy nhiên vệ tinh cũng phải có pin tích trữ năng lượng khi hoạt động trong các vùng tối của Trái đất. Do đó, chúng ta cần thiết tạo ra 1 loại pin siêu nhẹ mà vẫn đảm bảo năng lượng vận hành tàu vũ trụ để giảm bớt chi phí và năng lượng tiêu hao trong quá trình thực hiện sứ mệnh.

Trước thực tế này, nhóm Clemson đã chọn làm việc với nano silicon, chất này có thể tích điện nhiều hơn, có nghĩa là có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn trong các tế bào nhẹ hơn. 

Silicon có thể tích trữ điện mạnh, việc sử dụng vật liệu silicon cho cực dương thay vì than và chì sẽ giúp tăng dung lượng lưu trữ gấp 10 lần. Tuy nhiên, trong quá trình phóng điện, silicon có xu hướng giãn nở, co lại và vỡ thành những mảnh nhỏ, gây ảnh hưởng tới cực dương và dễ hỏng pin.

Vì vậy, để tăng độ bền của pin silicon, nhóm nghiên cứu cải tiến vật liệu thành các hạt nano silicon với kích thước khoảng 30 micromet. Sau đó, các sợi silicon được kẹp giữa lớp nano carbon mỏng hơn 50.000 lần so với tóc người. "Những lớp nano này tạo thành cấu trúc 3D, duy trì liên kết giữa các hạt nano silicon sau 500 chu kỳ hoạt động, từ đó tăng tuổi thọ của pin", Shailendra Chiluwal, trưởng nhóm nghiên cứu nói và cho biết, với cấu trúc này, pin siicon vẫn có thể duy trì chức năng ngay cả khi xả pin, các hạt silicon nano bị vỡ ra.

Việc sử dụng nano carbon để tạo ra một cơ chế đệm, cho phép pin tăng khả năng sạc với tốc độ gấp bốn lần tốc độ pin thông thường. Các nhà nghiên cứu cho biết, ngoài sử dụng trong các loại xe điện, ô tô điện, pin silicon ứng dụng trong hệ thống năng lượng của các bộ du hành vũ trụ và tàu thám hiểm sao Hỏa.

Hiện nhóm đang làm việc với các đối tác trong ngành nhằm đưa công nghệ này ứng dụng vào thực tiễn sản xuất.

Thái An