Trong bối cảnh cuộc đua phát triển xe điện toàn cầu đang tăng tốc, một thách thức lớn vẫn luôn tồn tại: pin bị chai theo thời gian sử dụng. Đây là vấn đề gây tốn kém cả về kinh tế lẫn môi trường, khiến các hãng xe điện và người tiêu dùng đau đầu. Tuy nhiên, một bước ngoặt có thể đã đến, khi các nhà khoa học từ Đại học Chicago và UC San Diego vừa công bố phát hiện một loại vật liệu hoàn toàn mới, có thể mở đường cho những viên pin “vĩnh cửu”.

Khác với mọi quy luật vật lý thông thường, vật liệu oxy hóa-khử (oxidation-reduction material – viết tắt là OR) mà nhóm nghiên cứu tìm ra có hai đặc tính gây chấn động cộng đồng khoa học: co lại khi nóng và nở ra khi bị nén. Giáo sư Shirley Meng, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết hiện tượng này gọi là “giãn nở nhiệt âm” – một trạng thái rất hiếm và đi ngược lại quy luật nhiệt động học phổ biến.

Bình thường, khi bị đốt nóng, vật chất giãn nở do các phân tử chuyển động mạnh hơn. Nhưng loại vật liệu OR này lại… co lại. Tương tự, khi bị nén từ mọi phía, thay vì thu nhỏ, nó lại giãn nở, hành vi được ví như “phản ứng của vật chất ngoài hành tinh”.

Điều kỳ lạ chưa dừng lại ở đó. Trong một loạt thử nghiệm, các nhà nghiên cứu còn chứng minh rằng vật liệu có thể được phục hồi cấu trúc ban đầu gần như hoàn toàn chỉ bằng cách kích hoạt điện áp phù hợp. Nói cách khác, nó có thể "tái sinh", trở lại trạng thái hoạt động như mới, điều vốn là ước mơ xa xỉ với ngành pin hiện tại.

Vật liệu 'ngoài hành tinh' co lại khi nóng và nở ra khi bị nén, tạo ra pin xe điện vĩnh cửu
Vật liệu này mở ra kỳ vọng về một thế hệ pin xe điện không còn chai theo thời gian. Ảnh minh họa

Giáo sư Minghao Zhang, một trong những tác giả chính, đã mô tả viễn cảnh tương lai khi công nghệ này được áp dụng: Chỉ cần truyền điện áp vào, vật liệu sẽ tự trở về trạng thái ban đầu. Viên pin tưởng như đã ‘hết đời’ sẽ hoạt động lại như mới. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí thay pin mà còn giảm áp lực xử lý rác thải pin.

Với vật liệu OR, các nhà khoa học kỳ vọng có thể thiết kế ra những viên pin điện không còn bị suy giảm hiệu suất theo thời gian sử dụng. Những mẫu xe điện của tương lai có thể “trẻ hóa” chỉ sau một lần tái tạo năng lượng bằng dòng điện.

Không chỉ hứa hẹn trong ngành năng lượng, vật liệu OR còn mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực khác như xây dựng và hàng không vũ trụ. Trong các môi trường đòi hỏi độ ổn định cao về kích thước vật liệu dù nhiệt độ thay đổi liên tục, như tàu vũ trụ hoặc cầu đường ở vùng cực, các vật liệu có giãn nở nhiệt gần như bằng không là vô cùng quý giá.

Ngoài ra, phát hiện này còn tạo ra một bước ngoặt trong triết lý thiết kế vật liệu tương lai. Thay vì chỉ sử dụng năng lượng để vận hành, con người có thể dùng năng lượng để làm mới, tái lập hoặc tái cấu trúc chính vật chất cấu thành thiết bị.

Dù đầy triển vọng, các nhà khoa học vẫn thận trọng. Việc chuyển đổi phát minh từ phòng thí nghiệm ra sản phẩm thương mại đòi hỏi thời gian, vốn đầu tư và sự hợp tác giữa giới học thuật và doanh nghiệp công nghệ cao. Tuy nhiên, họ tin rằng với tốc độ phát triển như hiện nay, các ứng dụng thực tiễn từ vật liệu OR hoàn toàn có thể xuất hiện trong thập kỷ tới.