Như chúng ta đã biết, tụ điện có thể sạc và xả điện nhanh hơn pin. Nó có thể thực hiện những công việc đó hàng trăm ngàn lần. Ngược lại, pin có thể lưu trữ lượng điện năng nhiều hơn tụ điện.
Ngoài ra còn có thêm loại tụ điện hai lớp EDLC (Electric Double-Layer Capacitor) hay còn được gọi là siêu tụ điện. Nó có dung lượng lớn như pin trong khi lại có tốc độ sạc/xả tương đương tụ điện thông thường. Tuy nhiên, EDLC lại được làm từ chất lỏng hoặc gel điện giải, do đó nó dễ bị hỏng trong điều kiện nhiệt độ quá nóng hoặc quá lạnh.
Giờ đây, mọi khuyết điểm của tụ điện thông thường, pin và EDLC có thể được giải quyết trong một tương lai rất gần nhờ tụ điện trạng thái rắn (Solid-state) được phát triển từ công nghệ nano bởi Đại học Rice tại Houston, Mỹ.
Các nhà nghiên cứu đã chế tạo ra các mảng rộng từ 15 đến 20 nanometer bao gồm các bó ống nano carbon (Carbon nanotube - CNT) đơn vách có chiều dài 50 microns. "Rừng ống nano" này sẽ giúp tận dụng tối đa diện tích bề mặt dành cho các điện tử.
Các mảng nano sau đó được gắn lên một điện cực bằng đồng, các nhà nghiên cứu còn bổ sung thêm vàng và titan vào điện cực để giúp nó ổn định điện năng cũng như tăng cường độ bám dính.
Trong quá trình lắng đọng lớp nguyên tử, các bó nano (hoạt động như các điện cực chính) tiếp tục kết hợp với acid sulfuric nhằm tăng độ dẫn điện. Sau đó sẽ được phủ thêm một lớp nhôm oxit, có chức năng tương tự lớp điện môi và một lớp kẽm oxit pha nhôm có tác dụng như các điện cực trái dấu. Cuối cùng, mạch điện được hoàn thiện với một điện cực trên cùng được phủ bạc.
Siêu tụ của Rice hứa hẹn sẽ hoạt động cực kỳ ổn định với khả năng lưu trữ lớn, sạc điện có tần số cao và đặc biệt là không bị ảnh hưởng bởi môi trường có nhiệt độ khắc nghiệt.
"Các giải pháp lưu trữ năng lượng trạng thái rắn sẽ được tích hợp vào các thiết bị trong tương lai, bao gồm cả màn hình dẻo, bộ phận cấy ghép sinh học, các loại cảm biến và tất cả các ứng dụng điện tử cần sạc - xả điện năng một cách nhanh chóng", ông Cary Pint, người đứng đầu dự án nghiên cứu siêu tụ cho biết.
Hiện tại, công nghệ kết hợp các thuộc tính của tụ điện và pin cũng đang được phát triển tại Đại học Illinois, nơi mà các nhà khoa học đã chế tạo thành công cấu trúc nano cho pin Lithium-ion mới, giúp chúng sạc và xả nhanh gấp 10 đến 100 lần so với pin Lithium-ion thông thường.
Ngoài ra còn có thêm loại tụ điện hai lớp EDLC (Electric Double-Layer Capacitor) hay còn được gọi là siêu tụ điện. Nó có dung lượng lớn như pin trong khi lại có tốc độ sạc/xả tương đương tụ điện thông thường. Tuy nhiên, EDLC lại được làm từ chất lỏng hoặc gel điện giải, do đó nó dễ bị hỏng trong điều kiện nhiệt độ quá nóng hoặc quá lạnh.
Giờ đây, mọi khuyết điểm của tụ điện thông thường, pin và EDLC có thể được giải quyết trong một tương lai rất gần nhờ tụ điện trạng thái rắn (Solid-state) được phát triển từ công nghệ nano bởi Đại học Rice tại Houston, Mỹ.
Các nhà nghiên cứu đã chế tạo ra các mảng rộng từ 15 đến 20 nanometer bao gồm các bó ống nano carbon (Carbon nanotube - CNT) đơn vách có chiều dài 50 microns. "Rừng ống nano" này sẽ giúp tận dụng tối đa diện tích bề mặt dành cho các điện tử.
Các mảng nano sau đó được gắn lên một điện cực bằng đồng, các nhà nghiên cứu còn bổ sung thêm vàng và titan vào điện cực để giúp nó ổn định điện năng cũng như tăng cường độ bám dính.
Trong quá trình lắng đọng lớp nguyên tử, các bó nano (hoạt động như các điện cực chính) tiếp tục kết hợp với acid sulfuric nhằm tăng độ dẫn điện. Sau đó sẽ được phủ thêm một lớp nhôm oxit, có chức năng tương tự lớp điện môi và một lớp kẽm oxit pha nhôm có tác dụng như các điện cực trái dấu. Cuối cùng, mạch điện được hoàn thiện với một điện cực trên cùng được phủ bạc.
Siêu tụ của Rice hứa hẹn sẽ hoạt động cực kỳ ổn định với khả năng lưu trữ lớn, sạc điện có tần số cao và đặc biệt là không bị ảnh hưởng bởi môi trường có nhiệt độ khắc nghiệt.
"Các giải pháp lưu trữ năng lượng trạng thái rắn sẽ được tích hợp vào các thiết bị trong tương lai, bao gồm cả màn hình dẻo, bộ phận cấy ghép sinh học, các loại cảm biến và tất cả các ứng dụng điện tử cần sạc - xả điện năng một cách nhanh chóng", ông Cary Pint, người đứng đầu dự án nghiên cứu siêu tụ cho biết.
Hiện tại, công nghệ kết hợp các thuộc tính của tụ điện và pin cũng đang được phát triển tại Đại học Illinois, nơi mà các nhà khoa học đã chế tạo thành công cấu trúc nano cho pin Lithium-ion mới, giúp chúng sạc và xả nhanh gấp 10 đến 100 lần so với pin Lithium-ion thông thường.
Theo Gizmag
Chỉnh sửa lần cuối:
