Khả năng sạc, cung cấp năng lượng nhanh, có nhiều chu kỳ sạc/xả hơn pin nên siêu tụ điện được ứng dụng trong các thiết bị đòi hỏi nhiều kỳ sạc/xả nhanh để cung cấp năng lượng cho ô tô điện, thang máy,…
Siêu tụ điện lưu trữ điện tích trên các tấm kim loại hoặc điện cực, chúng có thể được chế tạo với nhiều kích cỡ, hình dạng và thiết kế khác nhau, tùy theo mục đích ứng dụng. Các điện cực cũng có thể được chế tạo từ các vật liệu khác nhau. Tuy nhiên, việc tích hợp vật liệu sinh học vào các thiết bị lưu trữ năng lượng là khá phức tạp. Rất khó kiểm soát các đặc tính của dòng điện tạo ra, khiến không xác định được vòng đời và hiệu suất của thiết bị. Ngoài ra, các công đoạn xử lý hóa học trong quá trình sản xuất vật liệu sinh học cũng rất nguy hiểm. Do đó việc quy trình sản xuất siêu tụ điện có yêu cầu nhiều máy móc công nghệ cao, tốn kém chi phí sản xuất.
Với công nghệ mới, siêu tụ điện có thể sản xuất dễ dàng, an toàn và với chi phí thấp, thân thiện với môi trường, hiệu suất điện vượt trội với sự kết hợp của mangan dioxide và lignin (lignin là một loại polymer tự nhiên giúp dán các sợi gỗ lại với nhau, được sử dụng với các ôxít kim loại giúp tăng cường tính chất điện hóa của các điện cực).
Tiến sĩ Hong Liang, thành viên trong nhóm nghiên cứu cho biết: “Mangan dioxide rẻ hơn, có sẵn và an toàn hơn, tuy nhiên, lại có độ dẫn điện thấp hơn so với các oxit kim loại phổ biến để chế tạo điện cực khác như ruthenium, oxit kẽm…".
Để tạo ra siêu tụ điện mới, đầu tiên nhóm nghiên cứu xử lý lignin tinh khiết bằng thuốc tím. Sau đó, họ phá vỡ kali pemanganat, lắng đọng mangan đioxit trên lignin khi phản ứng oxy hóa xảy ra ở nhiệt độ và áp suất cao. Tiếp đến, hỗn hợp lignin và mangan dioxide được phủ lên một tấm nhôm để tạo thành điện cực màu xanh lá cây. Cuối cùng, siêu tụ điện được ráp lại bằng cách kẹp một chất gel điện phân giữa điện cực lignin-mangan dioxide-nhôm và một điện cực khác làm bằng nhôm và than hoạt tính.
Quá trình thử nghiệm cho thấy, siêu tụ điện có các đặc tính điện hóa ổn định, khả năng lưu trữ điện tích của thiết bị thay đổi rất ít, ngay cả sau hàng nghìn chu kỳ sạc/xả. Khi tỷ lệ lignin-mangan dioxide tối ưu, điện dung cụ thể tăng hơn 900 lần so với các siêu tụ điện khác. Mặt khác, siêu tụ điện này cũng rất nhẹ và linh hoạt phù hợp với nhiều thiết bị khác nhau.
Nghiên cứu này được giới thiệu trên tạp chí Energy Storage.
Diệu Huyền (CESTI) - Theo Techxplore.com