Các nhà nghiên cứu công bố loại pin lithium-ion dẻo “bất tử”, hứa hẹn sẽ ra mắt trong vòng 2 năm tới
Bê tông xây nên nền móng thế giới hiện đại ngày nay, nhưng thứ vận hành công nghệ của tương lai đặt trên nền bê tông đó thì là pin lithium-ion.
Công nghệ pin là nguồn sống của hầu hết thiết bị chạy điện có thể sạc được, từ điện thoại vừa lòng bàn tay cho tới chiếc xe điện mà gia đình bạn ngồi vừa. Tuy nhiên, pin lithium-ion cũng giống bê tông – chúng là đứa con hoang dại của tự nhiên được bàn tay con người nhào nặn nên, chất đầy vấn đề khó giải quyết.
Công nghệ pin lithium-ion dựa trên nguyên liệu độc hại, dễ cháy nên chỉ cần hỏng hóc chút xíu, thiết bị điện dù có nhỏ bé tới đâu cũng sẽ biến thành một quả bom với sức công phá kha khá. Tuy nhiên, ta tin rằng khoa học chỉ chưa tìm ra giải pháp an toàn.
Các nhà vật lý học tại Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng Johns Hopkins (APL) cũng chia sẻ niềm tin ấy. Suốt 5 năm qua họ đã và đang cố gắng thiết kế lại pin li-ion, hòng tìm ra một thứ pin an toàn gần mức tuyệt đối. Năm 2017, họ công bố công nghệ pin mới – sản phẩm có được khi hợp tác với Đại học Maryland: một thứ pin vẫn an toàn ngay cả khi bị cắt ra, bị bẻ cong, bị va đập mạnh vào hay khi ngâm trong nước.
Cuối năm ngoái, đội ngũ tại phòng thí nghiệm Johns Hopkins đẩy giới hạn ra xa hơn, làm ra được thứ pin chống lửa và có điện áp tương đương với pin hiện có trên thị trường.
Để có được trạng thái “bất tử” (bất tử theo kiểu chống chịu được tổn thương nhưng vẫn có thể chết già), pin phải sở hữu một lớp chất điện phân thực sự hiệu quả; nếu như bạn chưa biết, thì chất điện phân là thứ ngăn cách cực âm và dương của một cục pin. Khi bạn sử dụng pin li-ion, các hạt lithium mang điện tích chạy qua một lớp màng chắn nằm trong chất điện phân, đi từ cực âm sang cực dương, rồi trải qua phản ứng hóa học để tạo năng lượng.
Đa số chất điện phân trong pin li-ion sử dụng hợp chất trộn giữa muối lithium dễ cháy và dung dịch độc hại; Jeff Maranchi, trưởng bộ phận nghiên cứu khoa học vật chất tại APL gọi đây là “công thức gây ra thảm họa”. Nếu vách ngăn mỏng này mà thủng, pin sẽ chập điện, phản ứng hóa học xảy ra bên trong sẽ khiến nhiệt lượng viên pin vọt cao đột ngột. Và khi nhiệt tìm được đường tới chất điện phân dễ cháy đặt cạnh một cực âm nhiều oxy, bạn sẽ có cho mình một đám cháy “nho nhỏ”.
Thử nghiệm đốt cháy pin mới của APL.
Pin cấu thành từ nước có thể tránh được thảm kịch trên, với chất điện phân có thành phần chính từ nước sẽ vừa không độc hại mà lại chẳng dễ cháy. Thế nhưng đã 25 năm rồi, khoa học vẫn chưa thể ứng dụng được thứ pin yếu ớt này. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tại APL cuối cùng cũng tìm dược giải pháp: họ tăng lượng muối lithium có trong hợp chất điện phân, trộn thêm vào đó nhựa polymer, thế là đã có thể tăng hiệu điện thế từ 1,2 volt lên tới 4 volt, tương đương với pin li-ion hiện tại.
Khi Konstantinos Gerasopoulos, nhà nghiên cứu lão thành tại APL và cũng là người dẫn dắt nghiên cứu, tìm được cách gắn cực âm và cực dương sẵn có với chất điện phân mới, họ tạo ra được thứ pin có một không hai. Nó trong suốt và mềm dẻo như kính áp tròng, không độc và cũng không bắt lửa, có thể được sản xuất và vận hành ngoài môi trường mà không cần đặt trong hộp kín. Đặc biệt nhất, đời có quăng quật nó ra sao, pin vẫn không hề hấn gì.
Công nghệ pin đột phá của APL.
Trong bài thử, nhóm nghiên cứu đưa pin vào nước muối, cắt nhỏ pin bằng kéo, tạo va đập mạnh vào bề mặt pin, đốt cháy nó nhưng viên pin không chịu khuất phục, nó tiếp tục chứng tỏ khả năng trữ điện và xả điện hiệu quả của mình. Sau khi bị nướng lên, các nhà nghiên cứu cắt bỏ phần bị cháy xém, rồi chứng kiến pin tiếp tục hoạt động bình thường được 100 giờ nữa.
Công nghệ pin nước mới không chỉ là sản phẩm thử nghiệm, đội ngũ APL nói rằng họ đã hợp tác với một nhà sản xuất khác, sẽ sớm ứng dụng công nghệ mới vào pin lithium-ion hiện tại; quá trình kết hợp cũ và mới sẽ không gặp nhiều trở lại. Nhiều khả năng, công nghệ này sẽ xuất hiện trong vòng 2 năm tới, và sẽ đưa đồ điện tử lên một tầm cao mới.
Vì khả năng mềm dẻo, công nghệ pin mới sẽ có nhiều đất dụng võ tại các hãng sản xuất đồ điện tử wearable, thậm chí ta sẽ có quần áo thông minh trong tương lai không chừng. Khả năng chống chịu va đập, lửa nóng và ngâm nước không hỏng sẽ là khiến thứ “pin nước” này phù hợp với công nghệ quân sự hay các ngành khoa học khám phá đáy biển sâu hay Vũ trụ vô tận.
Hiện tại, vẫn còn vài chướng ngại công nghệ như vòng sạc – xả của pin vẫn thấp. Pin smartphone hiện tại sở hữu số vòng sạc – xả khoảng 1.000 lần, nhưng pin của APL mới chỉ đạt được 100 lần thôi. Theo lời giáo sư Konstantinos Gerasopoulos, điều chỉnh thành phần hóa học trong chất điện phân sẽ giải quyết được vấn đề này.
Nếu mọi chuyện suôn sẻ, kỷ nguyên thiết bị điện tử chạy pin dễ cháy nổ sẽ kết thúc trong vòng 2 năm tới.
Theo GenK
Tuổi thọ của các loài động vật được định sẵn trong DNA, và loài người chỉ thọ 38 năm mà thôi
Loài người có tuổi thọ "tự nhiên" là khoảng 38 năm, theo một phương thức mới dùng để ước tính tuổi thọ của các chủng loài khác nhau dựa trên phân tích DNA.
Ngoại suy từ các nghiên cứu di truyền học của các chủng loài với tuổi thọ đã biết, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng loài voi ma-mút lông rậm đã tuyệt chủng có thể đã sống được khoảng 60 năm, và loài cá voi đầu cong có thể sống đến hơn 2,5 thế kỷ.
Cụ thể, trong nghiên cứu được xuất bản vào hôm qua trên trang Scientific Reports, các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu những thay đổi trong DNA khi một con vật già đi và nhận ra mỗi chủng loài sẽ diễn ra những thay đổi khác nhau, đồng thời những thay đổi đó có liên quan đến tuổi thọ ước tính của một loài động vật cụ thể.
Bí ẩn của quá trình lão hóa
Quá trình lão hóa là rất quan trọng trong nghiên cứu y sinh và sinh thái học. Khi các con vật già đi, chúng sẽ trải qua một quá trình suy giảm các chức năng sinh học, khiến tuổi thọ của chúng bị giới hạn. Cho đến nay, rất khó để xác định một con vật có thể sống được trong bao nhiêu năm.
DNA giống như bản thiết kế của các sinh vật sống, và nó hiển nhiên là nơi chúng ta có thể tìm hiểu về quá trình lão hóa và tuổi thọ. Tuy nhiên, vẫn chưa ai có đủ khả năng để tìm ra những khác biệt trong các chuỗi DNA chịu trách nhiệm cho những khác biệt trong tuổi thọ giữa các loài động vật.
Tuổi thọ của các loài động vật có xương sống khác nhau là rất khác nhau. Cá bống, một loài cá nhỏ, chỉ sống được 8 tuần. Trong khi những con cá mập ở Greenland lại có thể sống hơn 400 năm.
Biết được tuổi thọ của các loài động vật hoang dã là yếu tố cơ bản để thực hiện công tác bảo tồn và quản lý đời sống hoang dã. Đối với các loài đang đứng trước nguy cơ tuyệt chủng, tuổi thọ là thứ các nhà nghiên cứu dựa vào đó để xác định các quần thể nào có khả năng tồn tại. Trong các ngành công nghiệp như thủy sản, tuổi thọ được dùng trong các mô hình dân số nhằm xác định giới hạn đánh bắt.
Tuy nhiên, tuổi thọ của hầu hết các loài động vật vẫn là điều chưa rõ ràng. Hầu hết các ước tính được đưa ra xuất phát từ một nhóm nhỏ các cá thể sống trong các khu vực nuôi nhốt, nơi các nhà nghiên cứu biết được độ tuổi của chúng khi chúng qua đời. Với các chủng loài có thời gian sống lâu, rất khó để biết được tuổi thọ của chúng bởi chúng có thể sống lâu hơn cả một thế hệ của các nhà nghiên cứu.
Sử dụng những thay đổi trong DNA để ước tính tuổi thọ
Trong vài năm qua, các nhà nghiên cứu đã phát triển được các "đồng hồ" DNA có thể xác định độ tuổi của một con vật thông qua một loại thay đổi đặc biệt trong DNA gọi là "methyl hóa DNA".
"Methyl hóa DNA" không làm thay đổi trình tự cơ bản của một gene nhưng lại kiểm soát tình trạng kích hoạt của nó. Các nhà nghiên cứu từng chỉ ra rằng methyl hóa DNA trong các gene cụ thể có liên hệ với tuổi thọ tối đa của một vài loài có vú như linh trưởng.
Dù methyl hóa DNA liên quan đến lão hóa và tuổi thọ, đến nay chưa có nghiên cứu nào sử dụng nó như một phương thức để ước tính tuổi thọ của các loài động vật.
Trong nghiên cứu đã đề cập ở đầu bài viết, các nhà nghiên cứu đã sử dụng 252 genomes (các chuỗi DNA hoàn chỉnh) của các chủng loài có xương sống mà các nhà nghiên cứu khác đã tổng hợp được và công bố trên một cơ sở dữ liệu trực tuyến. Sau đó, họ so sánh những genomes này với một cơ sở dữ liệu khác về tuổi thọ của các loài động vật đã biết.
Sử dụng dữ liệu này, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng có thể ước tính tuổi thọ của các chủng loài có xương sống bằng cách tìm hiểu nơi quá trình methyl hóa DNA diễn ra trong 42 gene cụ thể. Phương thức này còn cho phép họ ước tính tuổi thọ của các chủng loài sống lâu và đã tuyệt chủng.
Các chủng loài đã tuyệt chủng
Các nhà nghiên cứu nhận thấy tuổi thọ của loài cá voi đầu cong, từng được cho là loài có vú sống lâu nhất thế giới, là 268 năm. Con số này cao hơn 57 năm so với tuổi thọ của cá thể già nhất từng được phát hiện, do đó chúng có lẽ có tuổi thọ lâu hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây.
Ngoài ra, nghiên cứu còn cho thấy loài voi ma-mút lông rậm đã tuyệt chủng có tuổi thọ 60 năm, tương đương tuổi thọ 65 năm của loài voi châu Phi hiện đại.
Loài rùa khổng lồ đã tuyệt chủng trên đảo Pinta có tuổi thọ 120 năm, theo ước tính của các nhà nghiên cứu. Thành viên cuối cùng của chủng loài này, Lonesome George, đã qua đời vào năm 2012 ở tuổi 112.
Khá thú vị là, người ta phát hiện ra người Neanderthal và Denisovan, vốn là hai chủng loài có liên hệ mật thiết với loài người hiện đại, có tuổi thọ tối đa chỉ...37,8 năm.
Dựa trên DNA, có thể thấy tuổi thọ "tự nhiên" của loài người hiện đại là 38 năm, khớp với một số ước tính nhân học về loài người hiện đại thưở ban đầu. Tuy nhiên, loài người hiện nay có lẽ là một ngoại lệ của nghiên cứu này nhờ những tiến bộ trong y dược và lối sống đã giúp kéo dài tuổi thọ trung bình của chúng ta.
Qua thời gian, khi càng nhiều nhà khoa học tổng hợp được genome của nhiều loài động vật khác, phương thức trong bài viết sẽ giúp ước tính được tuổi thọ của chúng. Phương thức này có ý nghĩa lớn lao về mặt sinh thái học và bảo tồn đối với nhiều chủng loài đang cần được bảo tồn tốt hơn trong tình hình hiện nay.
Theo GenK
Người dùng Twitter trên hệ điều hành Android có nguy cơ bị rò rỉ dữ liệu cá nhân Một nhà nghiên cứu cảnh báo người dùng Twitter trên Android có thể bị rò rỉ dữ liệu cá nhân sau khi ông có thể khớp 17 triệu số điện thoại với tài khoản của họ. Một nhà nghiên cứu đang cảnh báo người dùng hệ điều hành Android không được tải danh bạ của họ lên Twitter sau khi ông có thể...