Các tấm graphene. Ảnh: Gengping Jiang
Một sự kết hợp của hai chất liệu bình thường – graphite và nước – có thể tạo ra những hệ dự trữ năng lượng chất lượng ngang tầm với pin ion lithium, nhưng nạp điện chỉ trong vài giây và có tuổi thọ gần như vô hạn.
Tiến sĩ Dan Li, thuộc Khoa Kĩ thuật Vật liệu, trường Đại học Monash, và đội nghiên cứu của ông đã làm việc với một chất liệu gọi là graphene, cái có thể hình thành nên cơ sở của thế hệ mới của những hệ dự trữ năng lượng siêu nhanh.
“Một khi chúng ta hoàn toàn làm chủ chất liệu này, thì chiếc iPhone của bạn, chẳng hạn, có thể nạp điện trong vòng vài giây, hoặc có thể nhanh hơn”, tiến sĩ Li cho biết.
Graphene là kết quả của sự phân tách graphite, một chất liệu rẻ tiền, dồi dào, dùng làm ruột bút chì, thành những lớp dày một nguyên tử. Ở dạng này, nó có những tính chất thật nổi bật.
Graphene bền, ổn định về mặt hóa, học, là một chất dẫn điện tuyệt vời và, quan trọng là nó có diện tích bề mặt cực cao.
Tiến sĩ Li cho biết những đặc tính này khiến graphene hết sức thích hợp cho những ứng dụng dự trữ năng lượng.
“Lí do khiến graphene không được dùng nhiều là vì những tấm rất mỏng này, khi bóc ra thành cấu trúc vĩ mô có thể dùng được, lập tức liên kết với nhau, tạo thành graphite. Khi graphene xếp chồng trở lại, thì đa phần diện tích bề mặt bị mất và nó không hành xử giống như graphene nữa”.
Nay tiến sĩ Li và đội của ông vừa tìm ra chìa khóa để duy trì những tính chất nổi bật đó của các tấm graphene rời: đó là nước. Giữ graphene ẩm - ở dạng gel – mang lại những lực đẩy giữa các tấm và ngăn sự xếp chồng trở lại, khiến nó sẵn sàng cho sự ứng dụng thực tế.
“Kĩ thuật trên rất đơn giản và có thể dễ dàng tăng quy mô. Khi chúng tôi phát hiện ra nó, chúng tôi đã nghĩ là không thể tin nổi. Chúng tôi dùng hai chất liệu cơ bản, rẻ tiền – nước và graphite – và làm cho chất liệu nano mới này có những tính chất bất ngờ”, tiến sĩ Li nói.
Khi dùng trong các dụng cụ năng lượng, chất gel graphene hoạt động tốt hơn đáng kể so với công nghệ gốc carbon hiện nay, cả về lượng điện tích dự trữ và tốc độ tích điện.
Tiến sĩ Li cho biết lợi ích của việc phát triển công nghệ nano mới này vượt xa khỏi ngành điện tử học tiêu thụ.
“Những hệ dự trữ năng lượng tốc độ cao, đáng tin cậy, và chi phí hiệu quả, là thiết yếu cho khả năng tồn tại trong tương lai của điện năng thu từ những nguồn tài nguyên có thể hồi phục. Những hệ này còn thiết yếu cho sự chấp nhận rộng rãi của xe điện.
“Chất gel graphene còn tỏ ra triển vọng để dùng trong các màng lọc nước, các dụng cụ y sinh và các bộ cảm biến”.
Nguồn: Đại học Monash, PhysOrg.com
