Điện cực với khí clo cung cấp năng lượng cao và mật độ năng lượng

Điện cực với khí clo cung cấp năng lượng cao và mật độ năng lượng

    Điện cực với khí clo cung cấp năng lượng cao và mật độ năng lượng

    Electrode with chlorine gas provides high power and energy density

    Ảnh: Wiley


    Siêu tụ điện là thiết bị lưu trữ năng lượng bổ sung cho pin sạc và thậm chí có thể thay thế một phần pin. Các siêu tụ điện hiện tại không có đủ mật độ năng lượng, vì vậy chúng không tồn tại đủ lâu. Một phương pháp mới để chế tạo siêu tụ điện với điện cực "thở" vượt trội hơn nhiều. Khi nhóm phát triển nó giải thích trên tạp chí Angewandte Chemie, họ đã lấy cảm hứng từ một con thằn lằn mang theo bong bóng khí để thở khi nó lặn dưới nước.

    Ngày nay, các ứng dụng cho siêu tụ điện bao gồm bù đắp cho sự cố mất điện ngắn hạn tại các cơ sở như bệnh viện hoặc trung tâm xử lý dữ liệu và đệm cho mức tiêu thụ tăng đột biến của các thiết bị điện tử. Các siêu tụ điện được sạc bằng năng lượng phanh giúp xe điện và xe buýt hiện đại tiết kiệm điện. Chúng cũng ngày càng được ngành năng lượng mặt trời quan tâm để ổn định dao động điện áp.

    Trái ngược với pin sạc, siêu tụ điện là "máy chạy nước rút" trong việc lưu trữ năng lượng: chúng có thể tạo ra dòng điện rất cao trong thời gian rất ngắn (mật độ năng lượng cao). Tuy nhiên, chúng là những "vận động viên chạy đường dài" kém vì ngay cả khi sử dụng ít điện năng, chúng cũng không tồn tại được lâu (mật độ năng lượng thấp). Lưu trữ năng lượng điện hiện đại cần kết hợp cả hai đặc điểm và có trọng lượng thấp. Thật không may, cho đến nay, các phương pháp tăng mật độ năng lượng luôn phải trả giá bằng mật độ năng lượng—chướng ngại vật cho sự phát triển của siêu tụ điện.

    Một nhóm do Long Chen, Cheng Lian, Xiangwen Gao và Chunzhong Li dẫn đầu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Hoa Đông (Thượng Hải, Trung Quốc) và Đại học Oxford (Anh) hiện đã bắt đầu vượt qua thử thách này. Cảm hứng của họ đến từ một con thằn lằn nhỏ. Thằn lằn Anolis sống trên cạn nhưng cũng có thể thở dưới nước khi chúng lặn tìm thức ăn. Để làm được điều này, chúng mang theo một bong bóng khí được gắn vào một lớp vảy trên đầu. Ở dưới nước, chúng liên tục hít vào và thở ra bong bóng này. Điện cực mới được phát triển làm bằng vật liệu cacbon xốp (tốt nhất là ống nano cacbon nhiều vách với các lỗ có đường kính khoảng 3 nm) cũng có thể giữ một lớp khí khi nó được ngâm trong dung dịch muối ăn làm chất điện phân. Khí được sử dụng không phải là không khí, tuy nhiên, nó là clo.

    Trong quá trình sạc và xả, điện cực này trải qua phản ứng oxi hóa khử ngoài quá trình phân tách điện tích thường thấy đối với siêu tụ điện. Khi sạc, điện cực chuyển các electron sang khí clo, khử clo thành các ion clorua, đi vào dung dịch—điện cực "thở ra". Khi phóng điện, các ion clorua được oxy hóa trở lại thành clo, khí này sẽ đưa khí trở lại các lỗ của điện cực—điện cực "hít vào". Bằng cách sử dụng nhiều phương pháp phân tích, nhóm đã chứng minh rằng không có khí clo thoát ra khỏi điện cực. Quá trình khử/oxy hóa rất nhanh và chuyển khối nhanh chóng trong lớp khí mỏng làm tăng đáng kể mật độ năng lượng của siêu tụ điện trong khi vẫn duy trì mật độ năng lượng cực cao. Công suất vẫn ở cùng mức cao ngay cả sau hàng ngàn chu kỳ.

    Zalo
    Hotline