Theo tin tức từ các phương tiện truyền thông nước ngoài, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Năng lượng Quốc gia Hoa Kỳ (NETL) đã phát triển một quy trình chi phí thấp có thể chuyển đổi chất thải than dầu thành graphene chất lượng cao. Vật liệu này có thể cải thiện hiệu suất của hệ thống siêu tụ điện lưu trữ năng lượng lên đến 55%.
（Nguồn: Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Năng lượng Quốc gia Hoa Kỳ）
Siêu tụ điện có khả năng lưu trữ năng lượng điện và có thể so sánh với pin trong một số khía cạnh. Sự khác biệt chính là siêu tụ điện có thể sạc và xả nhanh chóng trong vài giây hoặc vài phút, trong khi pin cần hàng giờ. Siêu tụ điện có thể trải qua tới 1 triệu chu kỳ sạc/xả, trong khi pin chỉ có thể duy trì vài nghìn chu kỳ.
Siêu tụ điện thường được sử dụng để điều chỉnh độ biến thiên năng lượng giữa lưới điện và các nguồn năng lượng tái tạo gián đoạn (như tuabin gió và trạm năng lượng mặt trời), và cũng có thể được sử dụng như nguồn điện không gián đoạn cho lưu trữ ngắn hạn. Trong nhiều ứng dụng, siêu tụ điện và pin được sử dụng cùng nhau trong hệ thống lưu trữ hỗn hợp, tận dụng lợi thế của thiết bị này để bù đắp cho nhược điểm của thiết bị kia, tạo ra hệ thống cộng sinh, lưu trữ và cung cấp năng lượng trong nhiều điều kiện khác nhau.
Nhà nghiên cứu Christopher Matranga cho biết: “Trong một thời gian dài, graphene đã được coi là vật liệu điện cực lý tưởng cho siêu tụ điện, nhưng việc sử dụng nó trong thiết bị thương mại là hạn chế do có rất ít phương pháp có thể sản xuất graphene chất lượng cao quy mô lớn và chi phí thấp.”
Nhà nghiên cứu Viet Hung Pham cho biết: “Graphene là một trong những vật liệu điện cực siêu tụ điện đầy hứa hẹn, vì nó có diện tích bề mặt lớn, độ dẫn điện cao, tính ổn định hóa học tốt và độ bền cơ học xuất sắc.”
Nghiên cứu của NETL đã phát hiện ra một quy trình sử dụng than nhựa (một nguyên liệu carbon phong phú và có chi phí thấp) và chất xúc tác carbonat kali (K2CO3) để sản xuất graphene 3D vi mô với tỷ lệ thu hồi carbon chất lượng cao qua một quá trình đơn giản. Than nhựa là một hỗn hợp lỏng dính của hợp chất hydrocarbon được chiết xuất trực tiếp từ than, thường được sử dụng làm chất liên kết hoặc lớp phủ cho điện cực pin lithium-ion.
Báo cáo của NETL chỉ ra rằng quy trình đổi mới này đã sản xuất graphene chất lượng cao, có hiệu suất điện dung nằm trong hàng đầu trong các thiết bị siêu tụ điện dựa trên graphene đã được báo cáo cho đến nay. Pham cho biết, siêu tụ điện có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn so với tụ điện và có mật độ công suất cao hơn so với pin, do đó, bù đắp cho khoảng cách giữa tụ điện truyền thống và pin truyền thống.
Theo báo cáo của NETL, những phát hiện này “đã vượt qua thách thức lâu dài trong việc sản xuất điện cực siêu tụ điện thực tiễn, liên quan đến việc cân bằng hai đặc tính xung khắc – độ xốp cao và mật độ vật liệu cao. Do đó, phương pháp tổng hợp đơn giản này giúp sản xuất điện cực có chi phí thấp và mở ra cơ hội mới để sử dụng vật liệu dựa trên graphene rộng rãi hơn trong thiết bị siêu tụ điện thực tế.”
