Đột phá lưu trữ năng lượng thế hệ mới: Sạc nhanh, chạy lâu, linh hoạt

Trong khi ở giai đoạn thử nghiệm khái niệm, siêu tụ điện dựa trên graphene mới này cho thấy tiềm năng to lớn như một nguồn cung cấp năng lượng di động trong một số ứng dụng thực tế bao gồm xe điện, điện thoại và công nghệ có thể mang được.

Phát hiện này, được công bố hôm nay (17 tháng 2 năm 2020) trên tạp chí Năng lượng Tự nhiên , khắc phục vấn đề phải đối mặt với các siêu tụ điện có năng lượng cao, sạc nhanh – rằng chúng thường không thể chứa một lượng năng lượng lớn trong một không gian nhỏ.

Tác giả đầu tiên của nghiên cứu, Tiến sĩ Zhuangnan Li (UCL Chemistry) cho biết: Từ siêu tụ điện mới của chúng tôi cực kỳ hứa hẹn cho công nghệ lưu trữ năng lượng thế hệ tiếp theo như là một sự thay thế cho công nghệ pin hiện tại hoặc để sử dụng cùng với nó, để cung cấp cho người dùng với nhiều sức mạnh hơn.

Chúng tôi đã thiết kế các vật liệu sẽ cung cấp cho siêu tụ điện của chúng ta mật độ năng lượng cao – đó là tốc độ có thể sạc hoặc xả – và mật độ năng lượng cao – sẽ quyết định thời gian có thể chạy trong bao lâu. Thông thường, bạn chỉ có thể có một trong những đặc điểm này nhưng siêu tụ điện của chúng tôi cung cấp cả hai, đây là một bước đột phá quan trọng.

Hơn nữa, siêu tụ điện có thể uốn cong tới 180 độ mà không ảnh hưởng đến hiệu suất và không sử dụng chất điện phân lỏng, giúp giảm thiểu mọi nguy cơ nổ và làm cho nó hoàn hảo để tích hợp vào điện thoại uốn cong hoặc thiết bị điện tử có thể đeo được.

Một nhóm các nhà hóa học, kỹ sư và nhà vật lý đã làm việc với thiết kế mới, sử dụng vật liệu điện cực graphene sáng tạo với lỗ chân lông có thể thay đổi kích thước để lưu trữ điện tích hiệu quả hơn. Điều chỉnh này tối đa hóa mật độ năng lượng của siêu tụ điện tới mức kỷ lục 88,1 Wh / L (watt-giờ / lít), đây là mật độ năng lượng cao nhất từng được báo cáo đối với các siêu tụ điện dựa trên carbon.

Công nghệ thương mại sạc nhanh tương tự có mật độ năng lượng tương đối kém 5-8 Wh / L và pin chì- axit sạc chậm nhưng truyền thống sử dụng trong xe điện thường có 50-90 Wh / L.

Trong khi siêu tụ điện do nhóm phát triển có mật độ năng lượng tương đương với giá trị hiện đại của pin axit-chì, mật độ năng lượng của nó cao hơn hai bậc ở mức trên 10.000 watt mỗi lít.

Tác giả cao cấp và Trưởng khoa Khoa học Vật lý & Toán học UCL, Giáo sư Ivan Parkin (UCL Chemistry), cho biết: Lưu trữ thành công một lượng năng lượng khổng lồ một cách an toàn trong một hệ thống nhỏ gọn là một bước tiến quan trọng đối với công nghệ lưu trữ năng lượng được cải thiện. Chúng tôi đã cho thấy nó sạc nhanh, chúng tôi có thể kiểm soát đầu ra của nó và nó có độ bền và tính linh hoạt tuyệt vời, làm cho nó trở nên lý tưởng để phát triển để sử dụng trong các thiết bị điện tử và xe điện thu nhỏ. Hãy tưởng tượng chỉ cần mười phút để sạc đầy xe điện của bạn hoặc một vài phút cho điện thoại của bạn và nó kéo dài cả ngày.

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra các điện cực từ nhiều lớp graphene, tạo ra một vật liệu dày đặc nhưng xốp có khả năng bẫy các ion tích điện có kích cỡ khác nhau. Họ đã mô tả nó bằng cách sử dụng một loạt các kỹ thuật và thấy nó hoạt động tốt nhất khi kích thước lỗ rỗng khớp với đường kính của các ion trong chất điện phân.

Vật liệu tối ưu hóa, tạo thành một màng mỏng, được sử dụng để chế tạo một thiết bị bằng chứng với cả công suất cao và mật độ năng lượng cao.

Các siêu tụ điện 6cm x 6cm được chế tạo từ hai điện cực giống nhau được xếp thành hai bên của một chất giống như gel hoạt động như một môi trường hóa học để truyền điện tích. Điều này đã được sử dụng để cung cấp năng lượng cho hàng chục điốt phát sáng (LED) và được phát hiện là rất mạnh mẽ, linh hoạt và ổn định.

Ngay cả khi bị uốn cong ở 180 độ, nó vẫn hoạt động gần giống như khi nó phẳng và sau 5.000 chu kỳ, nó vẫn giữ được 97,8% công suất.

Giáo sư Feng Li (Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc) cho biết: Trong vòng ba mươi năm tới, thế giới công nghệ thông minh sẽ tăng tốc, điều này sẽ thay đổi rất nhiều trong giao tiếp, giao thông và cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Bằng cách làm cho việc lưu trữ năng lượng thông minh hơn, các thiết bị sẽ trở nên vô hình đối với chúng ta bằng cách làm việc tự động và tương tác với các thiết bị. Các tế bào thông minh của chúng tôi là một ví dụ tuyệt vời về cách cải thiện trải nghiệm người dùng và chúng cho thấy tiềm năng to lớn khi cung cấp năng lượng di động trong các ứng dụng trong tương lai.

Theo Scitechdaily

Trả lời