Hành vi ẩn của vật liệu siêu tụ điện được tiết lộ

Các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ tiên tiến của Đại học Surrey (ATI) và Đại học São Paulo đã phát triển một kỹ thuật phân tích mới giúp các nhà khoa học cải thiện khả năng lưu trữ năng lượng tái tạo bằng cách tạo ra siêu tụ điện tốt hơn. Phương pháp tiếp cận mới của nhóm cho phép các nhà nghiên cứu điều tra hành vi kết nối phức tạp của các điện cực siêu tụ điện được làm từ các lớp vật liệu khác nhau.

Việc cải thiện khả năng lưu trữ năng lượng là rất quan trọng nếu các quốc gia thực hiện mục tiêu giảm các-bon. Khả năng dự đoán vốn có của năng lượng từ năng lượng mặt trời và gió đồng nghĩa với việc cần phải lưu trữ hiệu quả để đảm bảo nguồn cung cấp nhất quán và siêu tụ điện được coi là một phần quan trọng của giải pháp.

Siêu tụ điện cũng có thể là câu trả lời cho việc sạc xe điện nhanh hơn nhiều so với việc sử dụng pin lithium-ion. Tuy nhiên, cần phải phát triển thêm siêu tụ điện để chúng có thể tích trữ đủ điện một cách hiệu quả.

Bài báo do đồng nghiệp của Surrey xuất bản trên tạp chí Electrochimica Acta giải thích cách nhóm nghiên cứu sử dụng một loại vật liệu polyme rẻ tiền gọi là Polyaniline (PANI), lưu trữ năng lượng thông qua một cơ chế được gọi là điện dung giả. PANI dẫn điện và có thể được sử dụng làm điện cực trong thiết bị siêu tụ điện, lưu trữ điện tích bằng cách bẫy các ion. Để tối đa hóa việc lưu trữ năng lượng, các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp mới để lắng một lớp mỏng PANI lên một rừng ống nano carbon dẫn điện. Vật liệu tổng hợp này tạo ra một điện cực siêu tụ điện tuyệt vời, nhưng thực tế là nó được tạo thành từ các vật liệu khác nhau nên rất khó để phân tách và hiểu đầy đủ các quá trình phức tạp xảy ra trong quá trình sạc và phóng điện. Đây là một vấn đề trong lĩnh vực phát triển tụ điện giả.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã áp dụng một kỹ thuật được gọi là Phân phối thời gian thư giãn. Phương pháp phân tích này cho phép các nhà khoa học kiểm tra các quy trình phức tạp của điện cực để tách và xác định chúng, từ đó có thể tối ưu hóa các phương pháp chế tạo để tối đa hóa các phản ứng hữu ích và giảm các phản ứng làm hỏng điện cực. Kỹ thuật này cũng có thể được áp dụng cho các nhà nghiên cứu sử dụng các vật liệu khác nhau trong quá trình phát triển siêu tụ điện và tụ điện giả.

Ash Stott, một sinh viên nghiên cứu sau đại học tại Đại học Surrey, nhà khoa học chính của dự án, cho biết:

“Tương lai của việc sử dụng năng lượng toàn cầu sẽ phụ thuộc vào người tiêu dùng và ngành công nghiệp tạo ra, lưu trữ và sử dụng năng lượng hiệu quả hơn, và siêu tụ điện sẽ là một trong những công nghệ hàng đầu để lưu trữ gián đoạn, thu năng lượng và cung cấp năng lượng cao. Công việc của chúng tôi sẽ giúp điều đó diễn ra hiệu quả hơn ”.

Giáo sư Ravi Silva, Giám đốc ATI và là tác giả chính, cho biết:

“Tiếp theo lời các nhà lãnh đạo thế giới cam kết ủng hộ năng lượng xanh tại COP26, công trình của chúng tôi chỉ ra cho các nhà nghiên cứu cách đẩy nhanh quá trình phát triển các vật liệu hiệu suất cao để sử dụng làm yếu tố lưu trữ năng lượng, một thành phần quan trọng của hệ thống năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió. Nghiên cứu này đưa chúng ta tiến gần hơn một bước tới tương lai năng lượng sạch, tiết kiệm chi phí ”.

Tài liệu tham khảo: “Khám phá động học cơ bản của hỗn hợp PANI ‐ CNT được chọn lọc bằng điện sử dụng phân phối thời gian thư giãn” của Ash Stott, Décio B. de Freitas Neto, Jose M. Rosolen, Radu A. Sporea và S.Ravi P. Silva, ngày 30 tháng 10 năm 2021 , Electrochimica Acta .
DOI: 10.1016 / j.electacta.2021.139501

Theo Scitechdaily