Các siêu tụ điện, còn được gọi là supercap, là thiết bị lưu trữ năng lượng thế hệ tiếp theo do mật độ năng lượng cao, độ bền và đặc tính sạc nhanh hơn so với các tụ điện thông thường, pin lithium-ion và pin nhiên liệu ô tô.

Nhưng các siêu tụ điện có mật độ lưu trữ năng lượng thấp. Một chiếc xe ô tô điện trang bị siêu tụ điện có thể sạc rất nhanh, nhưng sẽ chỉ chạy được vài kilomet vì mật độ lưu trữ năng lượng chỉ bằng khoảng 5% so với pin lithium-ion hiện tại.

Các siêu tụ điện được sử dụng trong các hệ thống năng lượng mặt trời và tuabin gió, nguồn điện di động, đóng vai trò bộ lưu trữ đệm trong khi quá tải nhằm khắc phục sự cố mất điện ngắn bằng cách phóng bù điện hoặc nạp điện bổ sung cho pin thông thường sau khi tiêu hao.

Một thiết bị siêu tụ điện bao gồm 4 thành phần chính: Điện cực, bộ phận phân tách, chất điện phân và bộ thu điện.

Trong những thành phần này, then chốt nhất là các điện cực và chất điện phân, trực tiếp quyết định hoạt động điện hóa của các siêu tụ điện. Chi phí chế tạo những thành phần này chiếm phần lớn tổng chi phí sản xuất thiết bị.

Theo Navakanth Vijay Challagulla, tác giả chính của nghiên cứu khoa học về siêu tụ điện, được công bố trên tạp chí Công nghệ Năng lượng (Energy Technology), việc lựa chọn các chất điện phân cho các siêu tụ điện là một trong những nhiệm vụ chính bởi vì chất điện phân phải có các tính chất như ổn định hóa học tốt, tiềm năng hoạt động rộng, độ dẫn ion cao, độ thấm ướt cao và khoảng nhiệt độ làm việc rộng”.

Là một tổ của nhóm các nhà khoa học tại Trung tâm nghiên cứu tiên tiến quốc tế về luyện kim bột và vật liệu mới (ARCI) ở Hyderabad, Ấn Độ, Challagulla và các đồng nghiệp đang thí nghiệm tạo ra những chất điện phân thân thiện với môi trường, có giá thành phù hợp cho các siêu tụ điện thương mại.

Pin nước mặn được xác định là một ý tưởng sáng tạo trong lĩnh vực pin sạc vì nước biển là một chất dẫn điện tốt, có thể được sử dụng như một chất điện phân tốt.

Nhóm ARCI hướng tới mục đích sản xuất các thiết bị siêu tụ điện đơn giản, chi phí thấp, thân thiện với môi trường và bền vững sử dụng điện cực sợi carbon từ rác thải bông công nghiệp.

Các nhà nghiên cứu đã tích hợp bảng pin điện năng lượng mặt trời với một siêu tụ điện, tạo thành một thiết bị chuyển đổi và lưu trữ năng lượng tái tạo, siêu tụ điện năng lượng mặt trời tích hợp cho thấy hiệu suất hoạt động trên cả mong đợi.

Nhóm nghiên cứu quyết định tích hợp các siêu tụ điện với pin mặt trời, do tính chất dao động tự nhiên không liên tục của bức xạ mặt trời hình thành một rào cản lớn cho việc sử dụng năng lượng mặt trời liên tục và gây ra tổn thất điện năng.

áng ngạc nhiên, siêu tụ điện sử dụng nước biển thể hiện độ ổn định cao, chu kỳ phóng điện đạt tới 10.000 lần với 99% khả năng duy trì điện dung và 99% hiệu suất coulombic (hiệu suất Faraday).

Thiết bị siêu tụ điện thân thiện môi trường mới của nhóm cho thấy tiềm năng lớn đưa vào sản xuất và triển khai thực tế. 

Nguồn: Báo Khoa học và Đời sống, ngày 13/7/2020.