Chế tạo dây điện vừa truyền vừa lưu trữ năng lượng

Mới đây 2 nhà nghiên cứu đến từ đại học Central Florida (UCF) đã tìm ra một phương pháp sử dụng công nghệ nano để tạo ra các dây điện với điện dung cực lớn. Mục tiêu sau cùng của họ là tạo ra một loại dây điện vừa có khả năng truyền dẫn, vừa có thể lưu trữ năng lượng như pin.

Giáo sư Jayan Thomas và nghiên cứu sinh tiến sĩ Zenan Yu sử dụng kỹ thuật "nuôi trồng" các sợi nano đồng oxit trong phòng thí nghiệm để thiết kế loại dây điện đặc biệt nói trên. Các sợi này có thể mang lại liên kết dẫn giữa lớp trong và lớp ngoài của dây điện siêu điện dung.

Khởi đầu, nhóm nghiên cứu phát triển một lớp sợi nano từ đồng oxit được cách ly trên lớp ngoài cùng của một sợi dây đồng. Sau đó, các sợi nano được xử lý với hợp kim vàng-palladium và cuối cùng, một lớp phủ mangan oxit hoạt động điện hóa được kết tụ trên hợp kim. Kết quả là các sợi nano sẽ đóng vai trò là một lớp vỏ bao quanh dây đồng và hình thành điện cực đầu tiên.

Để bổ sung điện cực thứ 2 nhằm mang lại khả năng lưu trữ năng lượng, nhóm nghiên cứu đã phủ điện cực đầu tiên với một chất điện phân thể rắn và một lớp ngăn cách bằng polymer, sau đó lắp một điện cực khác hình trụ tròn xung quanh nó. Điện cực thứ 2 được hình thành theo cách tương tự điện cực đầu tiên nhưng các sợi nano lại được đính vào một lá đồng để hoạt động như một trục dẫn xung quanh lớp ngoài.

Ứng dụng thực tế của dây điện siêu điện dung là giúp các thiết bị lưu trữ năng lượng và các hệ thống trở nên linh hoạt hơn, đeo được và có thể tích hợp trực tiếp vào quần áo cũng như vải dệt. Những sợi cáp siêu tụ điện có thể uốn cong cũng có thể được dùng cho các thiết bị điện tử và khiến chúng nhỏ hơn và di động hơn bằng việc giảm thiểu đáng kể kích thước pin hoặc tích hợp các dây lưu trữ năng lượng vào thiết bị nhằm thay thế cho pin.

Mặc dù vẫn cần được cải tiến nhưng kỹ thuật "nuôi trồng" các sợi nano của nhóm nghiên cứu có thể được áp dụng trên nhiều loại vật liệu khác không chỉ riêng đồng. Nhóm nghiên cứu cho rằng khi công nghệ phát triển hơn, các loại sợi và cáp bằng chất liệu khác có thể được phát triển với cấu trúc nano tương tự để có thể truyền dẫn và lưu trữ năng lượng.