Vật liệu mới cho công nghệ lưu trữ năng lượng

Giải quyết thách thức này, các nhà nghiên cứu từ Đại học Houston và Đại học A & M Texas công bố một phát minh mới, một cấu trúc điện cực siêu tụ điện, được chế tạo từ graphene oxit giảm oxy ((rGO) và sợi nano aramid, tích và phóng điện mạnh hơn, linh hoạt hơn so với những điện cực được chế tạo bằng carbon thông thường.

Siêu tụ điện điện cực sợi carbon.

Các nhà khoa học Đại học Houston (UH) chứng minh được, mô hình điện cực cấu trúc nano có thể cung cấp sự hiểu biết chính xác hơn về sự khuếch tán ion và các tính chất liên quan trong những điện cực tổng hợp so với mô hình vật liệu truyền thống, được gọi là mô hình vật liệu rắn xốp.

Theo Haleh Ardebili, Phó Giáo sư Kỹ thuật Cơ khí Bill D. Cook tại UH, sử dụng những phương pháp mô hình chính xác sẽ hỗ trợ các nhà nghiên cứu tìm ra những vật liệu cấu trúc nano mới với những tính chất cơ điện hóa hiệu quả hơn, có thể cung cấp thời lượng làm việc của pin dài, lưu trữ năng lượng cao và trọng lượng pin nhẹ hơn.

Các nhà nghiên cứu biết. vật liệu thử nghiệm - graphene oxit giảm oxy và sợi nano aramid sợi nano (rGO/ANF) - là một ứng viên vật liệu tiềm năng cho điện cực siêu tụ diện do có những tính chất cơ học và điện hóa mạnh vượt trội hơn so với carbon thông thường.

Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của kiến trúc nano đến độ khuếch tán ion hiệu quả, độ xốp và độ thẩm thấu trong các điện cực cấu trúc rGO/ANF thông qua tính toán đa mô hình vật lý. (Ảnh ACS Nano)

Ardebili cho biết, các điện cực siêu tụ điện thường được chế tạo bằng vật liệu carbon rắn xốp, đảm bảo điện cực hoạt động ổn định. Graphene oxit khử giảm oxy cũng được chế tạo từ carbon, nhưng sợi nano aramid với độ bền cơ học cao làm tăng tính linh hoạt của điện cực, đáp ứng những điều kiện làm việc khắc nghiệp, trong đó có những ứng dụng quân sự mà không làm giảm hiệu quả. Chính vì vậy, công trình được Văn phòng Nghiên cứu Khoa học của Không quân Mỹ tài trợ.

Tham gia vào công trình nghiên cứu, ngoài PGS.TS Ardebili còn có các đồng tác giả Sarah Aderyani và Ali Masoudi thuộc UH; Smit A. Shah, Micah J. Green và Jodie L. Lutkenhaus từ Đại học A & M Texas.

Trong công trình khoa học này, sau khi sử dụng phương pháp mô hình hóa cấu trúc vật liệu nano, các nhà nghiên cứu tập trung vào giải pháp mô hình hóa những vật liệu mới trong lĩnh vực cung cấp năng lượng.

Theo TS Ardebili, những mô hình cấu trúc vật liệu thông thường, dựa trên môi trường rắn xốp, có thể không đủ chính xác để thiết kế các vật liệu cấu trúc nano mới để chế tạo điện cực hoặc các thiết bị lưu trữ năng lượng khác. Nguyên nhân chính là mô hình môi trường rắn, xốp thường giả định kích thước lỗ đồng đều trong vật liệu, thay vì xác định những kích thước và tính chất hình học khác nhau.

Trong các nghiên cứu khoa học, mô hình truyền thông xốp có thể thuận tiện, nhưng không chính xác. Đối với những thiết bị hiện đại, cần phát triển những mô hình cấu trúc chính xác hơn để hiểu rõ những tính chất cơ điện và thiết kế các vật liệu điện cực mới.