Siêu tụ điện mới có hiệu suất cao gấp đôi siêu tụ điện thương mại

Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học California, Hoa Kỳ đã chế tạo được siêu tụ điện graphene mới, sử dụng cấu trúc nano để tăng gấp đôi hiệu suất năng lượng so với siêu tụ điện thương mại. Đột phá này là một bước quan trọng hướng tới khả năng sử dụng các siêu tụ điện trong ô tô điện và thiết bị điện tử sạc điện nhanh, hiệu suất cao.

Siêu tụ điện là thiết bị tích trữ năng lượng rất ổn định và lâu bền với mật độ năng lượng cao (năng lượng trên một đơn vị thể tích), nhưng năng lượng riêng rất thấp (năng lượng được tích trữ trên một đơn vị khối lượng). Nghĩa là các siêu tụ điện có thể cung cấp khối lượng lớn điện năng nhưng chỉ trong vài giây mỗi lần.

Một nhóm các nhà nghiên cứu dẫn đầu là GS S. Cengiz Ozkan thuộc Trường Đại học California hiện đã phát triển một thiết kế mới cho siêu tụ điện có năng lượng riêng là 39,3 Wh/kg và mật độ năng lượng 128 kW/kg, đều gần gấp đôi hiệu suất của siêu tụ điện thương mại.

Để chế tạo siêu tụ điện mới, các nhà khoa học đã tạo ra bọt xốp ống nano các-bon 3D. Các lỗ nano cung cấp diện tích bề mặt rất lớn, tạo điều kiện cho chất điện phân thấm qua và cho phép nó tích trữ năng lượng cao hơn nhiều các thiết kế thông thường.

Bọt xốp được hình thành bằng kết tủa hóa học pha hơi của graphene và các ống nano các-bon trên chất nền niken và kết tủa liên tục của các hạt RuO₂ nano ngậm nước, trong đó mỗi hạt có kích thước dưới 5 nano mét. Bên trong bọt xốp, graphene đóng vai trò như thiết bị tích trữ và là lớp đệm tạo độ dẫn điện của các điện tử và ngăn cách bọt xốp với chất điện phân.

Một trong những ưu điểm nổi trội hơn của siêu tụ điện so với pin là hiệu suất chu kỳ cao. Điều đáng ngạc nhiên là điện dung của nó (khả năng tích điện của thiết bị) không chỉ ổn định, mà thực tế còn tăng 6% sau 8.100 chu kỳ sạc-xả. Các nhà nghiên cứu tin rằng điều này là do sự kích hoạt điện hóa của vật liệu hoạt tính.

Hiệu suất xuất sắc, tính ổn định và việc dễ dàng tích hợp hệ thống làm cho siêu tụ điện mới trở thành một giải pháp hấp dẫn cho sản xuất hàng loạt trong tương lai. Mặc dù công nghệ năng lượng của siêu tụ điện phải tìm cách bắt kịp với công nghệ pin lithium-ion, nhưng chắc chắn đây là bước tiến quan trọng đúng hướng.