Nhựa cây có thể tăng cường bền vững tuổi thọ của siêu tụ điện
của Đại học Glasgow
Nguồn: Energy Storage Materials (2025). DOI: 10.1016/j.ensm.2025.104195
Các nhà nghiên cứu cho biết, nhựa cây thải do cây cối ở Ấn Độ tạo ra có thể là chìa khóa để mở ra thế hệ siêu tụ điện mới có hiệu suất tốt hơn và thân thiện với môi trường hơn.
Các nhà khoa học từ các trường đại học ở Scotland, Hàn Quốc và Ấn Độ đứng sau dự án phát triển này, khai thác các đặc tính độc đáo của nhựa cây vô dụng này để ngăn siêu tụ điện bị phân hủy sau hàng chục nghìn chu kỳ sạc.
Phát hiện của nhóm nghiên cứu có thể giúp giảm tác động của siêu tụ điện lên môi trường, một công nghệ lưu trữ năng lượng mang ít điện năng hơn so với pin thông thường nhưng sạc và xả nhanh hơn nhiều.
Các siêu tụ điện hiện đang được sử dụng trong nhiều loại thiết bị điện tử, lưới điện và xe điện. Tuy nhiên, hiệu suất lâu dài của chúng có thể bị ảnh hưởng bởi việc sử dụng chất điện phân có tính axit, có thể gây ra phản ứng phụ không mong muốn với điện cực kim loại của chúng, làm giảm khả năng giữ điện tích đầy đủ theo thời gian.
Việc thay thế và thải bỏ các siêu tụ điện khi hết vòng đời của chúng góp phần vào vấn đề rác thải điện tử đang ngày càng gia tăng trên toàn cầu, có thể gây ra những tác động có hại đến môi trường.
Trong một bài báo được công bố trên tạp chí Energy Storage Materials, các nhà nghiên cứu đã chứng minh cách họ kết hợp kẹo cao su kondagogu, một loại polysaccharide được tạo ra từ vỏ cây Cochlospermum Gossypium, với natri alginate để sản xuất ra một loại polyme sinh học giống như bọt biển mà họ gọi là "KS".
Họ phát hiện ra rằng việc thêm KS vào chất điện phân có tính axit của siêu tụ điện thông thường giúp tạo ra một lớp bảo vệ trên các điện cực carbon của nó. Lớp KS giúp ngăn ngừa sự phân hủy vật lý của các điện cực trong khi vẫn cho phép quá trình vận chuyển ion cho phép siêu tụ điện sạc và xả.
Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, họ đã chỉ ra rằng chất điện phân cải tiến của họ đã tăng đáng kể hiệu suất của siêu tụ điện, giúp nó duy trì 93% công suất năng lượng đầy đủ sau 30.000 chu kỳ. Trong cùng khoảng thời gian đó, công suất của một siêu tụ điện giống hệt nhau mà nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm đã giảm xuống chỉ còn 58%.
Tiến sĩ Jun Young Cheong, thuộc Trường Kỹ thuật James Watt của Đại học Glasgow, là một trong những tác giả liên hệ của bài báo. Ông cho biết, "Cây keo có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, trong các ứng dụng như dược phẩm, thực phẩm hoặc mỹ phẩm.
"Tuy nhiên, loại keo mà chúng tôi sử dụng trong nghiên cứu này không có nhiều ứng dụng thực tế và thực sự là một vấn đề đau đầu đối với chính phủ Ấn Độ khi phải xử lý. Với nghiên cứu này, chúng tôi đã tìm ra cách tạo ra thứ gì đó thực sự có tác động từ loại keo này, tạo ra một loại polyme sinh học có thể phân hủy sinh học, có thể tái chế, cho phép hiệu suất đáng chú ý và có thể kéo dài đáng kể tuổi thọ hữu ích của siêu tụ điện.
"Trong phòng thí nghiệm, chúng tôi đã chứng minh hiệu suất tuyệt vời qua 30.000 chu kỳ. Nếu chúng tôi chạy một chu kỳ mỗi ngày, về mặt lý thuyết, siêu tụ điện có thể tồn tại hơn 80 năm mà không bị mất hiệu suất đáng kể, điều đó có nghĩa là siêu tụ điện có thể được sử dụng trong các thiết bị lâu hơn nhiều mà không cần thay thế".
Nghiên cứu này dựa trên nghiên cứu đang tiến hành của Tiến sĩ Cheong về việc sử dụng chất thải sinh học trong pin, nghiên cứu này cũng đã chứng minh hiệu quả của việc sử dụng chất kết dính cao su hòa tan trong nước trong cực dương than chì trong pin lithium-ion.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Ajou (Giáo sư Tae Gwang Yun), Đại học Chung-Ang (Giáo sư Byungil Hwang) và Đại học Myongji ở Hàn Quốc đã đóng góp vào nghiên cứu và đồng tác giả của bài báo, cùng với các đồng nghiệp từ Đại học Amrita (Giáo sư Vinod V. T. Padil) ở Ấn Độ.
