Biến cây cối trở thành siêu tụ điện chứa năng lượng

Một quá trình chuyển hóa dựa trên khám phá của các nhà khoa học ở đại học Oregon (Mỹ) cho thấy có thể biến cây cối thành các thiết bị công nghệ cao chứa năng lượng.

Các nhà hóa học ở đại học Oregon phát hiện ra rằng, nếu được gia nhiệt trong lò đốt cùng với amoniac, cellulose, một hợp chất hữu cơ phong phú nhất trên trái đất và là thành phần quan trọng của cây cối, sẽ trở thành các khối cấu tạo cho các siêu tụ điện. 

Siêu tụ điện là loại thiết bị tích trữ năng lượng đặc biệt, có dung lượng rất lớn và có thể sạc điện nhanh hơn rất nhiều so với pin. Chúng được sử dụng trong mọi loại thiết bị cần tích trữ năng lượng nhanh với công suất lớn, đồng thời có khả năng phát điện mạnh mẽ. Nhưng việc sử dụng rộng rãi loại thiết bị này gặp trở ngại chủ yếu là do chi phí và khó khăn trong sản xuất các điện cực cacbon chất lượng cao.

Cây cối có thể trở thành thiết bị chứa năng lượng

Các nhà hóa học ở Đại học Oregon đã sáng tạo phương pháp tiếp cận mới, có thể sản xuất nhanh chóng các màng cacbon nano xốp pha ni-tơ làm các điện cực của siêu tụ với chi phí thấp trong một quy trình thân thiện với môi trường. Các sản phẩm phụ duy nhất của nó chỉ là mêtan, lại có thể được sử dụng ngay làm nhiên liệu hoặc cho các mục đích khác.

Phó giáo sư hóa học Xiulei Ji tại Đại học Oregon, tác giả chính của công trình nghiên cứu này nhận xét đây là lần đầu tiên phát hiện có thể cho cellulose phản ứng với amoniac để tạo ra những màng cacbon nano xốp pha ni-tơ. Theo ông, điều ngạc nhiên là một phản ứng cơ bản như vậy lại không được phát hiện sớm hơn.

Phát hiện này sẽ mở ra một lĩnh vực khoa học hoàn toàn mới, nghiên cứu các chất khử khí để hoạt hóa cacbon, có thể biến những khúc gỗ rẻ tiền thành một sản phẩm công nghệ cao có giá trị.

Các màng cacbon cấp nano này cực kỳ mỏng (một gram có thể có một diện tích bề mặt gần 2.000 m2), là một đặc tính hữu ích được sử dụng trong siêu tụ điện. Trong khi đó, quy trình sản xuất theo phương pháp mới này chỉ là một phản ứng một bước, diễn ra rất nhanh chóng và rẻ tiền, bắt đầu với thứ đơn giản là giấy lọc cellulose, về nguyên tắc cũng tương tự như các giấy lọc dùng một lần trong máy pha cà phê. Khi tiếp xúc với nhiệt độ cao và amoniac, cellulose sẽ chuyển đổi thành vật liệu cacbon nano xốp, thích hợp cho sản xuất siêu tụ điện.

Siêu tụ là một loại thiết bị tích trữ năng lượng, nhưng nó có thể sạc điện nhanh hơn nhiều so với pin và có dung lượng lớn hơn rất nhiều. Chúng được sử dụng trong mọi loại thiết bị cần tích trữ năng lượng nhanh với công suất lớn, đồng thời phát điện mạnh mẽ.

Ngày nay, siêu tụ điện được sử dụng khá rộng rãi, trong nhiều lĩnh vực, từ máy tính đến đồ điện tử tiêu dùng, chẳng hạn như đèn flash trong máy ảnh số, từ xe ô tô đến thiết bị hàng không, đồng thời có thể cung cấp năng lượng cho mọi máy móc từ cần cẩu đến xe nâng, từ máy khử rung tim đến xe ô tô điện lai...

Ngoài ra, siêu tụ còn có thể thu được năng lượng mà, nếu không, có thể bị lãng phí, chẳng hạn như năng lượng trong hoạt động của phanh. Khả năng lưu trữ năng lượng của siêu tụ điện có thể giúp "điều hòa" dòng điện từ các hệ thống năng lượng thay thế, chẳng hạn như năng lượng gió.

Ngoài siêu tụ điện, vật liệu cacbon nano xốp còn được ứng dụng trong hấp phụ các chất khí ô nhiễm, bộ lọc môi trường, xử lý nước và nhiều ứng dụng khác. 

Hải Yến (Theo Nasati)