Công nghệ Graphene mới giúp siêu tụ điện cạnh tranh với pin truyền thống
Bởi Đại học Monash, ngày 12 tháng 11 năm 2025
Hình minh họa về pin thể rắn Lithium
Nguồn: Các kỹ sư đã công bố một loại vật liệu gốc carbon đột phá, cho phép siêu tụ điện lưu trữ năng lượng tương đương với pin truyền thống trong khi vẫn cung cấp điện năng nhanh hơn nhiều. Shutterstock
Một siêu tụ điện graphene mới có khả năng lưu trữ năng lượng ở mức pin và sạc lại ngay lập tức, định nghĩa lại công nghệ lưu trữ điện năng nhanh.
Các kỹ sư đã đạt được một cột mốc quan trọng trong nỗ lực toàn cầu nhằm thiết kế các hệ thống lưu trữ năng lượng kết hợp tốc độ cao với công suất đầu ra mạnh mẽ, mở ra những khả năng mới cho xe điện, ổn định lưới điện và thiết bị điện tử tiêu dùng.
Trong một bài báo gần đây được công bố trên tạp chí Nature Communications, nhóm nghiên cứu đã giới thiệu một loại vật liệu gốc carbon mới cho phép siêu tụ điện lưu trữ năng lượng tương đương với pin axit chì truyền thống trong khi vẫn cung cấp điện năng với tốc độ nhanh hơn nhiều so với các hệ thống pin thông thường.
Khai phá tiềm năng toàn diện của siêu tụ điện
Siêu tụ điện là một dạng lưu trữ năng lượng mới nổi, lưu trữ điện tích bằng phương pháp tĩnh điện thay vì thông qua phản ứng hóa học như pin. Trước đây, hiệu suất của chúng bị hạn chế do chỉ một phần nhỏ diện tích bề mặt của vật liệu carbon - yếu tố then chốt để lưu trữ năng lượng - được sử dụng.
Giáo sư Mainak Majumder, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu ARC về Sản xuất Tiên tiến với Vật liệu 2D (AM2D), có trụ sở tại Khoa Kỹ thuật Cơ khí và Hàng không Vũ trụ của Đại học Monash, là một thành viên của nhóm nghiên cứu.
"Nhóm của chúng tôi đã chỉ ra cách khai phá thêm nhiều diện tích bề mặt đó chỉ bằng cách thay đổi cách xử lý nhiệt vật liệu", Giáo sư Majumder cho biết.
"Khám phá này có thể cho phép chúng tôi chế tạo các siêu tụ điện sạc nhanh, có khả năng lưu trữ đủ năng lượng để thay thế pin trong nhiều ứng dụng và truyền tải năng lượng nhanh hơn rất nhiều."
Graphene oxit khử đa tỷ lệ: cải tiến then chốt
Bí mật nằm ở kiến trúc vật liệu mới do nhóm nghiên cứu phát triển, được gọi là graphene oxit khử đa tỷ lệ (M-rGO), được tổng hợp từ than chì tự nhiên – một nguồn tài nguyên dồi dào của Úc.
Sử dụng quy trình ủ nhiệt nhanh, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một cấu trúc graphene có độ cong cao với các đường dẫn chính xác cho phép các ion di chuyển nhanh chóng và hiệu quả. Kết quả là một vật liệu cung cấp cả mật độ năng lượng cao và mật độ công suất cao – một sự kết hợp hiếm khi đạt được trong một thiết bị duy nhất.
Hiệu suất và khả năng mở rộng phá kỷ lục
Tiến sĩ Petar Jovanović, nghiên cứu viên tại Trung tâm ARC AM2D và đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết khi được lắp ráp thành các thiết bị pin dạng túi, siêu tụ điện Monash đã mang lại:
Mật độ năng lượng thể tích đạt 99,5 Wh/L (sử dụng chất điện phân lỏng ion)
Mật độ công suất lên tới 69,2 kW/L
Hiệu suất sạc nhanh với độ ổn định chu kỳ tuyệt vời
“Những chỉ số hiệu suất này nằm trong số những chỉ số tốt nhất từng được báo cáo đối với siêu tụ điện gốc carbon, và quan trọng là quy trình này có khả năng mở rộng và tương thích với nguyên liệu thô của Úc”, Tiến sĩ Jovanović cho biết.
Tiến sĩ Phillip Aitchison, Giám đốc Công nghệ của Ionic Industries, một công ty con của Đại học Monash, và là đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết công nghệ này hiện đang được thương mại hóa.
“Ionic Industries được thành lập để thương mại hóa những cải tiến như thế này, và hiện chúng tôi đang sản xuất hàng loạt vật liệu graphene này”, Tiến sĩ Aitchison cho biết.
“Chúng tôi đang hợp tác với các đối tác lưu trữ năng lượng để mang bước đột phá này đến với các ứng dụng do thị trường dẫn đầu – nơi cả năng lượng cao và khả năng cung cấp điện nhanh đều cần thiết.”
Tài liệu tham khảo: “Mở rộng lớp liên kết Operando của graphene cong đa quy mô cho siêu tụ điện hiệu suất thể tích” của Petar Jovanović, Meysam Sharifzadeh Mirshekarloo, Phillip Aitchison, Mahdokht Shaibani và Mainak Majumder, ngày 15 tháng 9 năm 2025, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-025-63485-0
Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Hội đồng Nghiên cứu Úc và Văn phòng Nghiên cứu Tài trợ của Không quân Hoa Kỳ và là một phần trong cam kết rộng lớn hơn của Monash nhằm phát triển các vật liệu tiên tiến cho một tương lai năng lượng ít carbon.
