Các nhà khoa học vừa mới sáng chế ra một thiết bị lưu trữ năng lượng hoạt động dựa trên dung dịch điện phân. Đây là thiết bị hoàn hảo cho những đồ điện tử di động cần cung cấp năng lượng điện thường xuyên và nhanh chóng.
Ý tưởng này tuy không mới nhưng dành được sự chú ý của mọi người bởi vì những thiết bị tương tự trước đây cung cấp lượng điện năng yếu và có tuổi thọ cũng rất thấp. Ngày nay, nhu cầu về công nghệ lưu trữ năng lượng ngày càng cao. Theo đó, các thiết bị không những phải nhỏ gọn, mạnh mẽ, công suất lớn, có tuổi thọ lâu mà còn phải cung cấp điện một cách nhanh chóng và thân thiện với môi trường. Thậm chí nếu bạn tình cờ nuốt phải nó thì cũng không có vấn đề gì.
Vì nhiều lý do, những thiết bị lưu trữ hoạt động dựa trên các dung dịch điện phân thì được xem là an toàn và đáng tin cậy hơn những dụng cụ chứa các hợp chất độc hại hoặc chất hữu cơ dễ bắt lửa. Thiết bị mới sở hữu nhiều đặc tính vượt trội như ít bắt lửa hơn pin lithium hiện đại, lại rẻ hơn và đặc biệt là cung cấp nguồn điện năng dồi dào.
Những thành phần tạo nên pin hoạt động bằng cách chuyển electron giữa hai vật liệu. Và những thiết bị chứa dung dịch nước thì giới hạn phạm vi điện áp giữa hai điểm nhiều hơn các dụng cụ khác, làm cho các cực bị ăn mòn nhanh hơn. Điều này khiến các thiết bị có tuổi thọ ngắn và hiệu suất điện năng không cao. Đây cũng không phải là dụng cụ đáng tin cậy dùng để sạc các thiết bị thông minh mới được ra mắt trong thời gian gần đây.
Công nghệ mới dựa trên vật liệu graphene. (Ảnh: KAIST).
Vì vậy, các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) đã có nhiều cải tiến mới. Họ thay đổi cách làm ra thiết bị gọi là tụ điện nước (AHC). Các tụ điện lai như thế này là sự kết hợp giữa pin và tụ điện - với điện cực lưu trữ điện năng như một điện tích tĩnh điện. Ngoài ra, thiết bị còn chứa một hỗn nước mang ion ở khoảng giữa có thể mang dòng điện.
Các nhà nghiên cứu đã khắc phục sự thiếu hụt điện năng của các tụ điện nước trước nhờ sử dụng các polyme được tạo nên từ graphene thay vì các chất dẫn điện kim loại truyền thống trên cực dương, còn trên cực âm thì có sự phân tán của các hạt nano kim loại.
Mạng lưới các sợi cacbon nhỏ trên cực dương hiệu quả hơn rất nhiều trong việc chuyển electron vào dung dịch nước. Chúng cho phép pin lưu trữ lượng điện năng gấp 100 lần so với các thiết bị trước nhưng vẫn duy trì được công suất cho hơn 100.000 điện tích. Điều tuyệt vời hơn nữa là các cực dương kết hợp với chất lỏng điện phân giúp năng lượng pin chuyển từ 0 đến 100 chỉ trong vòng 20 giây sạc. Ngoài ra, thiết bị cũng rất an toàn và tiết kiệm.
Nhà hóa học Jeung Ku Kang cho biết: "Công nghệ thân thiện với sinh thái này có thể được chế tạo một cách dễ dàng và có độ ứng dụng cao. Đặc biệt, so với những công nghệ hiện có, thì thiết bị có công suất và tính ổn định cao. Điều này có thể giúp các tụ điện nước được thương mại hóa một cách rộng rãi hơn”.
Điện thoại của bạn sẽ luôn đầy pin nhờ công nghệ mới. (Ảnh: Internet).
So với các tế bào quang điện hoặc các nguồn năng lượng tạo ra vi sinh khác, tốc độ sạc của thiết bị có thể tăng lên gấp đôi một cách dễ dàng. Tuy sẽ mất một thời gian nữa để công nghệ mới vượt trội hơn các loại pin lithium ion, nhưng những thành phần trong thiết bị có khả năng chịu đựng những điều kiện khắc nghiệt mà không bị bốc cháy. Và chăc chắn nó sẽ có một chỗ đứng vững chắc trong công nghệ di động ở tương lai.
Mặc dù loại pin mới thỏa mãn các yêu cầu của chúng ta nhưng nó còn làm được nhiều hơn thế. Thời gian sạc điện thấp chỉ là một ưu điểm cộng thêm vì các vật liệu graphene kỳ diệu còn ưu việt hơn nhiều. Tập đoàn Samsung đã khám phá được tiềm năng của nó và trong tương lai có thể họ sẽ ra mắt một chiếc điện thoại thông minh có thể sạc đầy pin trong khoảng 12 phút.
Dù chưa biết được những loại pin sạc nhanh có phù hợp với công nghệ lưu trữ mới này hay không nhưng với sự phát triển chóng mặt của các thiết bị thông minh như hiện nay, chúng ta sẽ cần nhiều sáng chế hữu ích như thế này nữa.
Nghiên cứu đã được xuất bản trên Advanced Energy Materials.