(a) Ảnh chụp của kính hiển vi điện tử của các lớp graphene cong và (b) ảnh chụp TEM của các lớp graphene phẳng có những chổ chồng lên nhau. (Ảnh:Nano Lett.)
Các nhà nghiên cứu ở Mỹ vừa chế tạo thành công một siêu tụ điện dựa trên graphene có khả năng tích trữ điện năng không thua kém so với các loại thông thường như pin ni-ken hi-đrua, nhưng quá trình sạc hoặc phóng điện của sản phẩm mới này chỉ diễn ra trong vài phút, thậm chí vài giây. Thiết bị vừa chế tạo có mật độ năng lượng ổn định 85,6Wh/kg ở nhiệt độ phòng và 136Wh/kg ở 800C. Đây cũng là mức cao nhất cho tới nay mà các siêu tụ làm bằng vật liệu nano cac-bon lớp đôi có thể đạt tới.
Các siêu tụ điện, hay chính xác hơn là các tụ điện lớp đôi hay các tụ điện hóa, có thể tích trữ nhiều điện lượng hơn so với các tụ thông thường rất nhiều. Một đặc tính quan trọng của các siêu tụ là khoảng cách giữa các bản tụ rất hẹp, cho phép một lượng điện tích lớn có thể lưu trữ trong miền thể tích nhỏ bé này.
Thiệt bị vừa được chế tạo bởi Bor Jang làm việc ở Viện kỉ thuật Nano đặt tại Mỹ và các cộng sự. Nó có các điện cực làm từ graphene pha lẫn 5wt% chất Siêu P (chất acetylene màu đen, có tác dụng như chất trợ dẫn, wt%: phần trăm theo trọng lượng-ND) và 10wt% chất keo PTFE. Vì là tấm cac-bon chỉ với bề dày một nguyên tử nên graphene là vật liệu dẫn điện rất tốt, bền vững và dễ uốn dẻo.
Các nhà nghiên cứu phủ lớp hồ này lên bề mặt các cổ góp điện và sắp xếp các tụ điện cỡ đồng xu vào một hộp nhỏ. Lớp tiếp xúc giữa điện cực và chất điện phân được làm từ chất Celguard-3501, trong khi dung dịch điện phân là một hóa chất có tên gọi EMIMBF4.
Nạp điện nhanh hơn
Mật độ năng lượng của các siêu tụ này có thể so sánh với pin ni-ken hi-đrua. "Kỉ thuật mới này tạo ra thiết bị lưu trữ năng lượng gần bằng năng lượng của một chiếc pin, trong khi chúng có thể sạc lại trong vài phút hoặc vài giây," Jang giải thích. "Chúng tôi tin rằng đây thực sự là một đột phá về công nghệ năng lượng." Thiết bị này có thể dùng để sạc điện cho điện thoại, các ca-me-ra kỉ thuật số và mi-crô EVs.
Nhóm nghiên cứu, bao gồm các nhà khoa học đến từ Angstron Materials, nước Mỹ và Đại học công nghệ Dalian, Trung Quốc hiện đang làm việc cật lực để cải tiến khả năng tích trữ của thiết bị này. "Mục đích của chúng tôi là tạo ra một siêu tụ điện có thể tích trữ nhiều năng lượng như các pin ion li-ti (với cùng trọng lượng) nhưng lại có thể nạp điện trong vòng chưa đầy hai phút," Jang cho biết.
"Mặc dù tiết diện bề mặt lớn (có thể đạt đến 2 675m2/g) nhưng điện dung của các siêu tụ này khó đạt đến 550F/g vì các tấm graphene có xu hướng tụ đống lại với nhau," Jang giải thích." Chúng tôi đang cố gắng khắc phục trở ngại này bằng cách phát triển một hướng mới ngăn cản các tấm graphene chạm vào nhau. Điều này có thể đạt được nếu sử dụng các tấm graphene cong thay vì các tấm phẳng."
Công trình được đăng trên Nano Letters.
Tác giả: Belle Dumé
Theo physicsworld.com
