Lấy cảm hứng từ thiết kế nhiều lớp của củ hành, các nhà khoa học đã tạo ra một siêu tụ điện mới để thay thế các loại các loại tụ điện to, nặng được dùng trong các sản phẩm điện tử như máy tính, điện thoại di động. Loại tụ điện mới có thể được sạc đầy chỉ trong một giây và khi kết hợp với pin thông thường, nó có thể cung cấp đủ điện cho một chiếc điện thoại di động trong nhiều tuần hay cho một máy tính xách tay trong nhiều ngày.
“Nếu mở bất kỳ một chiếc máy tính nào, bạn sẽ thấy rất nhiều các tụ điện trụ tròn nhỏ”, Vadym Mochalin - chuyên gia thuộc Đại học Drexel ở bang Pennsylvania (Mỹ) và là đồng tác giả cuộc nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature Nanotechnology - cho biết. Tương tự pin, các tụ điện lưu trữ năng lượng, nhưng đó là điều giống nhau duy nhất giữa chúng. Nói chung, pin dùng trong điện thoại di động hay máy tính xách tay lưu trữ năng lượng hóa học và chuyển đổi nó thành điện.
Chuyển đổi điện năng thành hóa năng và ngược lại là một quá trình tương đối chậm, đó là lý do vì sao pin lithium-ion trong máy tính và điện thoại chỉ xài được vài ngày hay vài giờ nhưng đòi hỏi thời gian sạc khá lâu. Tụ điện lại khác. Nói một cách đơn giản, nó lưu trữ điện tích giữa 2 tấm dẫn điện được ngăn cách bằng chất cách điện.
Không cần chuyện đổi điện-hóa, một tụ điện có thể sạc và xả nhanh hơn rất nhiều so với pin, tuổi thọ dài hơn và trọng lượng cũng nhẹ hơn. Các tụ điện rất lý tưởng cho đèn flash của camera và các thiết bị tiêu dùng ngốn nhiều điện. Mặc dù vậy, trái với pin, tụ điện không thể lưu trữ đủ năng lượng để vận hành bất kỳ thứ gì có thời gian hoạt động dài hơn đèn flash, chỉ một phần nhỏ của giây đồng hồ. Tuy nhiên, siêu tụ điện lưu trữ năng lượng nhiều hơn so với tụ điện truyền thống và được dùng để vận hành các thiết bị nhỏ như đồ chơi dùng điện. Trong tương lai, các siêu tụ điện sẽ mạnh hơn để thay thế pin trong nhiều thiết bị khác. Siêu tụ điện hay các tụ điện 2 lớp lưu trữ điện tích trong một lớp ion được hấp thụ trên bề mặt carbon.
Một siêu tụ điện bắt đầu vòng đời điện tích với một phát nổ nhẹ. Một vụ nổ mạnh như hexagen hay TNT chuyển đổi carbon chứa trong các phân tử chất nổ thành một tấm nano kim cương mỏng. Sau đó, các nhà nghiên cứu chuyển đổi các tấm nano kim cương thành hàng chục hay hàng trăm lớp graphene, tất cả được gắn gọn vào trong 1 thiết bị khác chẳng hạn như búp bê. Khi các “củ hành” grapheme được nhúng và sạc trong một loại điện dung hữu cơ, chúng có thể xả lên đến 200V mỗi giây. Nếu công nghệ này được tối ưu hóa, con số này tăng lên nhiều lần. Mức đó đủ để sạc đầy pin điện thoại, máy tính xách tay hay các thiết bị điện khác ngay tức thời và rồi phân phối dần lượng điện đó cho pin để lưu trữ lâu dài.
Hiệu suất rất cao, nếu được thương mại hóa thì giá cũng khá rẻ, đó là điều mà các nhà khoa học tại Đại học Drexel đang tập trung nghiên cứu. Kim cương trong trang sức rất đắt đỏ nhưng nano kim cương thì lại tương đối rẻ, 1 pound (gần 0,5 kg) nano kim cương có giá vài trăm USD. “Bạn cần một vật liệu dẫn điện cho tụ điện và kim cương đóng vai trò chất cách điện”, Olga Shenderova, chuyên gia nghiên cứu nano kim cương thuộc Trung tâm Công nghệ Quốc tế ở Bắc Carolina, cho biết. Ngoài ra, bằng việc sử dụng vật liệu tương đối rẻ tiền, nghiên cứu cuối cùng có thể mang lại một thế hệ siêu tụ điện hoàn toàn mới.
Khang Huy
(Theo Siliconindia)
Bình luận (0)