Tụ điện thể rắn: không chỉ sạc nhanh, mật độ lưu trữ cũng tương tự pin

Cập nhật ngày: 01/09/2011 - 10:51

Như đã biết, tụ điện có khả năng sạc/xả nhanh hơn pin, đồng thời quy trình này có thể lặp lại cả trăm ngàn lần. Tuy nhiên, pin ngược lại lại có khả năng lưu trữ nhiều năng lượng hơn tụ điện. Hiện tại, đã có loại tụ điện 2 lớp (EDLC) hay siêu tụ điện với khả năng lưu trữ năng lượng tương đương pin trong khi vẫn duy trì tốc độ sạc/xả nhanh như tụ điện thông thường. EDLC có cấu tạo từ chất điện phân dạng gel nhưng gel sẽ bị phá hủy khi tiếp xúc với môi trường nóng hoặc lạnh. Vì vậy, mới đây các nhà nghiên cứu đến từ đại học Rice tại Houston đã sử dụng công nghệ nano nhằm phát triển một siêu tụ điện thể rắn (solid-state) hoàn toàn mới.

Các nhà nghiên cứu tại Rice bắt đầu bằng việc "nuôi" một bó gồm từ 15 đến 20 sợi nano đơn vách cacbon, mỗi sợi dài 50 micron. "Rừng sợi cacbon" này giúp tối đa diện tích tiếp xúc bề mặt với các electron. Sau đó, bó sợi cacbon được đưa vào một điện cực bằng đồng trong đó bao gồm các lớp vàng và titan mỏng để tạo sự dính kết và ổn định điện tích. Trong quy trình xử lý lắng đọng lớp hạt nhân, bó sợi được pha thêm axit sulfuric nhằm tăng tính dẫn điện. Tiếp theo, chúng được phủ một lớp nhôm oxit - nhôm oxit đóng vai trò là lớp điện môi, và một lớp nhôm pha kẽm oxit - đóng vai trò là lớp phản điện. Cuối cùng, mạch điện được hoàn tất với một lớp điện cực bằng sơn bạc phủ trên cùng.
Siêu tụ điện của đại học Rice được cho là ổn định và có khả năng mở rộng. Tụ điện có thể giữ số lần sạc ngay cả khi sử dụng với tần số cao đồng thời không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ khắc nghiệt. Ngoài ra, tụ điện còn có thể được tích hợp vào các vật liệu khác, cho phép các microrobot có thể tự hoạt động bằng nguồn điện riêng.

Nhà nghiên cứu Cary Pint cho biết: "Tất cả các giải pháp thể rắn (solid-state) để lưu trữ năng lượng sẽ được tích hợp vào rất nhiều thiết bị trong tương lai, bao gồm màn hình dẻo, bộ phận cấy ghép sinh học, các cảm biến và tất cả ứng dụng điện tử khai thác tính năng sạc/xả nhanh của tụ điện".
Thêm vào đó, công nghệ kết hợp các tính chất của tụ điện và pin cũng đang được phát triển tại đại học Illinois. Tại đây, các nhà khoa học đang chế tạo một loại pin li-ion có cấu trúc nano với tốc độ sạc/xả nhanh hơn pin li-ion thường từ 10 đến 100 lần.

H.T (st)