Các nhà khoa học và kỹ sư tại trường Đại học Oregon, Hoa Kỳ, đã khám phá ra một phương pháp mới hấp dẫn sử dụng một phần CO2 trong khí quyển gây hiệu ứng nhà kính để sản xuất vật liệu giá trị cao dùng cho các sản phẩm tích trữ năng lượng. Đột phá công nghệ nano này sẽ không hấp thụ đủ lượng các bon để giải quyết tình trạng nóng lên toàn cầu, nhưng đây là giải pháp chi phí thấp, thân thiện với môi trường để tạo ra graphene nano xốp dùng cho các siêu tụ điện, thiết bị tích trữ và giải phóng năng lượng nhanh.

 Trong phản ứng hóa học do nhóm nghiên cứu thực hiện, kết quả cuối cùng tạo ra graphene nano xốp, một dạng các bon được sắp xếp ở dạng cấu trúc nguyên tử và tinh thể. Nó có diện tích bề mặt riêng lớn khoảng 1.900 m2 mỗi gam vật liệu. Vì thế, nó có độ dẫn điện cao hơn ít nhất 10 lần các bon hoạt tính hiện được sử dụng để sản xuất siêu tụ điện thương mại.

 Xiulei (David) Ji, phó giáo sư hóa học tại trường Đại học Oregon nói: “Có nhiều cách để sản xuất graphene nano xốp, nhưng phương pháp này cho kết quả nhanh hơn, ít tác động đến môi trường và chi phí thấp. Sản phẩm graphene này có diện tích bề mặt lớn, độ dẫn điện tốt và quan trọng nhất là mật độ khá cao sánh ngang với các bon hoạt tính thương mại. Ít ra trong nghiên cứu này, CO2 là nguồn các bon bền vững. Phương pháp mới sử dụng lượng CO2 dồi dào để sản xuất các sản phẩm tích trữ năng lượng có giá trị cao”.

 Vì các nguyên liệu để sản xuất thiết bị tích trữ năng lượng có giá rẻ và dễ sản xuất, nên các nhà nghiên cứu cho rằng phương pháp mới có tiềm năng mở rộng qui mô sản xuất thương mại.

 Phản ứng hóa học trong nghiên cứu liên quan đến hỗn hợp kim loại magie và kẽm lần đầu tiên được khám phá. Hỗn hợp này được đun nóng ở nhiệt độ cao với sự hiện diện của dòng khí CO2 tạo thành phản ứng “nhiệt luyện kim loại” có kiểm soát. Phản ứng đã chuyển đổi các kim loại thành oxit kim loại và graphene nano xốp. Các oxit kim loại sau đó có thể được tái chế thành dạng kim loại, làm cho quá trình công nghiệp hiệu quả hơn. Trong khi đó, các phương pháp khác để sản xuất graphene nano xốp thường sử dụng hóa chất ăn mòn và độc hại, vì thế, khó phát triển trên qui mô thương mại.

 PGS. Ji cho biết: “Hầu hết các siêu tụ điện các bon thương mại hiện sử dụng các bon hoạt tính làm điện cực, nhưng độ dẫn điện của chúng rất thấp. Chúng tôi muốn tích trữ và giải phóng nhanh năng lượng. Vì mục đích đó, graphene nano xốp dẫn điện tốt hơn sẽ hoạt động hiệu quả hơn. Điều này giải quyết được vấn đề chính trong việc chế tạo siêu tụ điện mạnh hơn”.

 Siêu tụ điện là thiết bị tích trữ năng lượng, nhưng có thể được sạc nhanh hơn pin và tích nhiều điện hơn. Thiết bị này hiện đang được sử dụng trong các thiết bị điện tử tiêu dùng và các ứng dụng trong ngành công nghiệp nặng từ cần cầu đến xe nâng. Nó có thể tích trữ năng lượng đáng lẽ bị lãng phí như trong hành động phanh. Khả năng tích trữ năng lượng của siêu tụ điện sẽ giúp cân bằng dòng điện từ các hệ thống năng lượng tái tạo như năng lượng gió.

 Ngoài ra, siêu tụ điện có thể cấp điện cho máy khử rung tim, mở khe trượt khẩn cấp trên máy bay và cải thiện đáng kể hiệu suất của ô tô điện lai. Vật liệu các bon nano xốp còn hấp thụ được các chất ô nhiễm dạng khí, hoạt động như bộ lọc môi trường hoặc dùng để xử lý nước.

Nguồn : NASATI, ngày 9/12/2014