Các thiết bị điện cá nhân như điện thoại di động và máy tính xách tay có thể tăng hiệu năng xử lý nhờ vào một số loại vật liệu nhẹ nhất trên thế giới.

Các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore Hoa Kỳ (LLNL) đã chú ý đến chất graphene aerogel (loại vật liệu rắn nhẹ nhất hiện nay) để tăng khả năng lưu trữ năng lượng, cuối cùng có thể sử dụng để làm “ổn định” dao động năng lượng trong lưới điện.

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các điện cực siêu tụ điện làm từ chất graphene aerogel có thể đặc biệt hữu ích trong lĩnh vực ô-tô điện do chúng có diện tích bề mặt cao, khả năng dẫn điện tốt, độ trơ hóa học và độ bền hoạt động lâu dài.

Các hệ thống lưu trữ năng lượng cho những chiếc ô-tô điện đòi hỏi phải đáp ứng các yêu cầu đặc biệt bởi vì các hệ thống này cần kết hợp mật độ năng lượng và công suất cao, lượt sạc/xả, độ an toàn và chi phí thấp. Các siêu tụ điện (còn gọi là ultracapacitors hoặc các tụ điện hai lớp) có thể thỏa mãn những yêu cầu này do chúng có mật độ công suất cao và chu kỳ làm việc tuyệt vời.

“Các siêu tụ điện thương mại làm từ cacbon thường dùng để thu hồi năng lượng phanh trong nhiều loại phương tiện giao thông (như ô tô, xe buýt, tầu hỏa, v.v) và mở của thoát hiểm của máy bay A380. Vật liệu của chúng tôi có khả năng nâng hiệu suất hoạt động của siêu tụ điện thương mại này trên 100%”. Patrick Campbell thuộc LLNL cho biết.

So với các cực điện siêu tụ điện truyền thống làm từ cacbon được chế tạo từ cacbon đen và vật liệu kết dính, chất graphene aerogels tạo ra nhiều lợi thế như khả năng kiểm soát mật độ và phân bổ kích thước khe hở, và tăng khả năng dẫn điện do mối liên kết cacbon ở giữa các tấm cacbon hoạt tính và không có các vật liệu kết dính.

Aerogels chiết xuất từ cacbon cũng như các vật liệu vô cơ đã được phát triển tại LLNL và đã có một số ứng dụng - từ thu bụi vũ trụ cho đến lót bia mục tiêu trong máy gia tốc.

Campbell cho biết: “Graphene aerogels là một dạng chất mới của aerogel, rất lý tưởng cho các ứng dụng lưu trữ năng lượng bởi vì graphene aerogels có điện tích bề mặt siêu cao, các đặc tính cơ học tuyệt vời và khả năng dẫn điện rất lớn. Chúng tôi đã thử nghiệm nhiều cách thức để nâng cao đặc tính lưu trữ năng lượng của graphene aerogels như gia tăng mật độ điện cực thông qua máy nén cơ. Chiến lược biến tính phi cộng hóa trị (non-covalent) này là lộ trình giản đơn khác để tăng dung tích lưu trữ điện năng”.

Mặc dù việc sử dụng trong các thiết bị điện tử cá nhân hoặc ứng dụng công suất lớn khác ở những nơi năng lượng cần phải sạc và xả rất nhanh vẫn chưa được kiểm tra, nhưng triển vọng này đầy hứa hẹn, Juergen Biener, đứng đầu nhóm nghiên cứu tại LLNL, cho biết.