Đại học Monash phát triển siêu tụ điện bằng graphene, tiến một bước gần
hơn đến thương mại hóa
Trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học đã chứng minh được hiệu năng tương đồng của các siêu tụ điện bằng graphene và siêu tụ điện truyền thống. Nhưng hôm nay, các nhà nghiên cứu tại đại học Monash (Melbourne, Úc) cho biết họ đã phát triển một kỹ thuật mới với chi phí rẻ và có thể điều chỉnh quy mô để thiết kế các siêu tụ điện graphene nhằm tiến thêm một bước gần hơn đến thương mại hóa.
Với tuổi thọ gần như bất tận và khả năng sạc lại trong chỉ vài giây, các siêu tụ điện mang tiềm năng lưu trữ năng lượng cực lớn cho mọi thứ từ thiết bị điện tử cầm tay cho đến phương tiện chạy điện và thậm chí là các nhà máy điện tái tạo quy mô lớn. Tuy nhiên, hạn chế của các siêu tụ điện hiện tại là mật độ năng lượng thấp với chỉ từ 5 đến 8 Wh/l (watt/giờ/lít - đơn vị mật độ năng lượng lưu trữ trong một thể tích nhất định), và điều này có nghĩa chúng phải có kích thước rất lớn hoặc phải được sạc liên tục.
Vì vậy, giáo sư Dan Li và nhóm nghiên cứu tại khoa kỹ thuật vật liệu thuộc đại học Monash đã tạo ra một loại siêu tụ điện bằng graphene với mật độ năng lượng 60 Wh/l, gấp 12 lần so với các siêu tụ điện thương mại có trên thị trường và ngang bằng với pin axit chì. Siêu tụ điện này cũng có tuổi thọ tương đương một thỏi pin thường.
Để tối ưu hóa mật độ năng lượng, nhóm nghiên cứu đã chế tạo một điện cực nhỏ từ một tấm phim thích ứng dạng gel bằng graphen - đây cũng là một phát minh trước đây của đại học Monash. Tiếp theo, họ sử dụng dung dịch điện phân để kiểm soát khoảng trống giữa các tấm phim graphene ở tỉ lệ bán nano.
Đối với các siêu tụ điện thông thường, chúng được chế tạo chủ yếu từ carbon có cấu trúc tổ ong và dựa trên dung dịch điện phân để vận chuyển điện tích. Đối với siêu tụ điện graphene do nhóm của Li phát triển, dung dịch điện phân đóng 2 vai trò đó là dẫn điện và duy trì khoảng trống siêu nhỏ giữa các tấm graphene. Điều này giúp tối ưu mật độ mà không ảnh hưởng đến cấu trúc tỗ ong của siêu tụ điện.
Nhóm nghiên cứu cho biết họ đã sử dụng kỹ thuật làm giấy truyền thống để chế tạo vật liệu và bằng cách này, giá thành sẽ được giảm xuống và nâng cao quy mô để sử dụng trong công nghiệp.
Giáo sư Li nói: "Chúng tôi đã tạo ra một vật liệu graphene vĩ mô, tiến thêm một bước quan trọng trước những gì đã đạt được. Giờ đây, mọi thứ đang ở giai đoạn chuyển đổi từ phòng thí nghiệm sang phát triển thương mại."
