Công nghệ nano mới giúp sạc đầy pin điện thoại chỉ trong vòng vài giây

Danh sách những thiết bị cần đến pin Lithium Ion ngày càng gia tăng. Smartphone, tablet, laptop, máy chơi game, các dụng cụ máy không dây, các sản phẩm chải chuốt, máy ảnh số, máy quay phim, thuốc lá điện tử, ô tô và còn nhiều sản phẩm khác nữa.

Thật tuyệt khi được sở hữu những món đồ đó, nhưng việc phải sạc đầy cho ngần đó thiết bị đúng là một vấn đề. Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Công nghệ Khoa học Nano thuộc Đại học Trung tâm Florida đã tìm ra được một giải pháp khả thi.

Không giống như pin phải lưu trữ năng lượng qua các phản ứng hóa học, các tụ điện lưu trữ năng lượng bằng tĩnh điện. Tĩnh điện chính là thứ làm cho quần áo bạn dính vào nhau mỗi khi lấy ra khỏi máy sấy.

Về khả năng dữ trữ năng lượng, các tụ điện có nhiều lợi thế đáng kể so với pin. Ví dụ, chúng sạc và xả điện nhanh hơn nhiều, có trọng lượng nhẹ hơn, chúng không bị chai nhanh như pin, và chúng không chứa các hóa chất độc hại và nguy hiểm.

Các siêu tụ điện, đôi khi còn có tên ultracapacitor, có thể lưu trữ năng lượng với mật độ lớn gấp nhiều lần so với tụ điện thông thường.

Nếu các tụ điện tốt như vậy, tại sao chúng ta vẫn chưa sử dụng các siêu tụ điện đó trong những thiết bị điện tử của mình?

Chúng quá to. Để có cùng mức lưu trữ năng lượng với những viên pin Lithium Ion trong smartphone hay laptop, bạn sẽ cần những siêu tụ điện rất lớn.

Đó là lúc công nghệ Nano cho thấy sự hữu ích của mình. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Trung tâm Florida tạo ra các siêu tụ điện với lõi một chiều làm từ những sợi dây nano bằng Tungsten Trioxide (WO₃) đơn tinh thể mật độ cao, bọc bên ngoài là lớp vỏ hai chiều bằng Tungsten disulfide (WS₂), hai thành phần này chỉ cách nhau bằng một khoảng cách dưới nanomet. Nghiên cứu này được mô tả trên tạp chí về Nano của American Chemical Society.

Các siêu tụ điện dây nano này sẽ giải quyết được vấn đề về kích thước. Những chất liệu với kích thước nano có ít nhất một chiều chưa đến 100 nanomet, trong khi đó mỗi nanomet chỉ bằng một phần triệu milimet, hay nhỏ hơn 100.000 lần so với đường kính của sợi tóc người.

Vì vậy, bạn có thể đặt hàng triệu sợi dây nano trên cùng một kích thước của những viên pin trong smartphone.

Một chiếc tụ điện được tạo ra từ hàng triệu sợi dây nano này sẽ có những đặc tính lý tưởng để thay thế cho các viên pin Lithium Ion. Ví dụ, chúng có thể sạc và xả điện với tốc độ nhanh đáng kể.

Tốc độ sạc lại sẽ nhanh đến mức các thiết bị điện với những siêu tụ điện nano có thể sạc đầy chỉ trong vòng vài giây và theo tiến sĩ Nitin Choudhary, thành viên của nhóm nghiên cứu, với điều kiện sử dụng bình thường, thời lượng có thể kéo dài đến hơn một tuần.

Ngoài ra, tốc độ xả điện nhanh sẽ cho phép những chiếc ô tô trang bị loại siêu tu điện này có thể tăng tốc nhanh hơn những chiếc ô tô điện chạy bằng pin Lithium Ion.

Một lợi thế khác là các siêu tụ điện dây nano này không bị chai giống như pin Lithium Ion. Một viên pin Lithium Ion trung bình có tuổi thọ từ 1.000 đến 1.500 chu kỳ nạp xả. Trong khi đó, các siêu tụ điện nano không cho thấy sự suy giảm nào về hiệu suất sau khi trải qua 30.000 chu kỳ nạp xả.

Nếu tất cả những điều trên là chưa đủ, các siêu tụ điện này còn có một ưu điểm khác. Chúng được đặt trên một chất nền linh hoạt, vì vậy có thể được chế tạo theo các hình thù mong muốn hoặc đưa vào trong các thiết bị đeo. Hãy tưởng tượng một chiếc điện thoại kích hoạt bằng giọng nói kết hợp với trợ lý ảo cùng một loạt các cảm biến nằm ngay bên trong chiếc áo sơ mi của bạn, và có thể dùng trong nhiều ngày.

Hiện tại, chiếc siêu tụ điện này vẫn đang ở giai đoạn nguyên mẫu của quá trình phát triển, và nó vẫn chưa sẵn sàng xuất hiện dưới dạng sản phẩm thương mại trên thị trường. Ngoài ra, Phòng Chuyển giao Công nghệ của Đại học Trung tâm Florida vẫn đang làm việc để cấp bằng sáng chế cho công nghệ này.