Siêu pin từ vụn gỗ: Công nghệ đột phá giúp tăng tuổi thọ pin lên 10.000 chu kỳ

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghiệp Basque (UPV/EHU) ở Tây Ban Nha đã đạt được bước tiến đáng kể trong công nghệ lưu trữ năng lượng bằng cách phát triển một siêu tụ điện lai lithium-ion (LIC) sử dụng carbon chiết xuất từ chất thải gỗ của cây thông Pinus radiata. Sáng kiến này không chỉ tận dụng nguồn tài nguyên sinh khối phong phú mà còn hướng tới giải pháp lưu trữ năng lượng bền vững và thân thiện với môi trường.

Nhu cầu về giải pháp lưu trữ năng lượng bền vững

Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng toàn cầu ngày càng tăng, việc tìm kiếm các giải pháp lưu trữ năng lượng hiệu quả và bền vững trở nên cấp thiết. Hiện nay, hai công nghệ lưu trữ năng lượng phổ biến nhất là pin lithium-ion (LIB) và siêu tụ điện (SC). Mỗi công nghệ đều có ưu và nhược điểm riêng:

• Siêu tụ điện (SC): Cung cấp công suất cao và khả năng sạc/xả nhanh, nhưng tự phóng điện nhanh, không phù hợp cho lưu trữ năng lượng dài hạn.

• Pin lithium-ion (LIB): Có mật độ năng lượng cao, phù hợp cho lưu trữ dài hạn, nhưng công suất thấp và tuổi thọ chu kỳ hạn chế.

Việc kết hợp hai công nghệ này trong một thiết bị lai lithium-ion capacitor (LIC) nhằm tận dụng ưu điểm của cả hai, cung cấp mật độ năng lượng cao, công suất lớn và tuổi thọ chu kỳ dài, lý tưởng cho các ứng dụng như xe điện và tua-bin gió.

Vật liệu điện cực từ sinh khối: Giải pháp bền vững và hiệu quả

Lựa chọn vật liệu cho điện cực đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất của LIC. Graphite, mặc dù được sử dụng rộng rãi, nhưng việc khai thác và chế biến gây tốn kém và ảnh hưởng đến môi trường. Các lựa chọn thay thế như carbon cứng, carbon mềm và nanocarbon có tiềm năng nhưng chi phí cao và quy trình sản xuất phức tạp cản trở việc ứng dụng rộng rãi.

Nhóm nghiên cứu tại UPV/EHU đã tìm ra giải pháp bằng cách sử dụng carbon từ chất thải của cây thông Pinus radiata, một nguồn tài nguyên phong phú và bền vững ở vùng Biscay, Tây Ban Nha. Họ đã sản xuất các điện cực hiệu suất cao bằng cách sử dụng carbon có nguồn gốc từ sinh khối thay vì các hóa chất đắt tiền hoặc quy trình tiêu tốn nhiều năng lượng. Quy trình này không chỉ giảm chi phí mà còn thân thiện với môi trường, mở ra hướng đi mới cho việc sản xuất các hệ thống lưu trữ năng lượng hiệu quả và bền vững.

Quy trình chế tạo điện cực từ vụn gỗ

Để tạo ra các điện cực, nhóm nghiên cứu đã chuẩn bị carbon từ các hạt gỗ của cây thông insignis, một loại cây phổ biến trong khu vực và thường được sử dụng trong các xưởng mộc. Quá trình này bao gồm các bước sau:

1. Thu thập chất thải gỗ: Sử dụng các hạt gỗ bỏ đi từ cây thông insignis.

2. Xử lý nhiệt: Chất thải gỗ được xử lý nhiệt để chuyển đổi thành carbon.

3. Hoạt hóa: Carbon thu được được hoạt hóa để tăng diện tích bề mặt và khả năng dẫn điện.

4. Chế tạo điện cực: Carbon hoạt hóa được sử dụng để chế tạo các điện cực cho LIC.

Quy trình này không chỉ tận dụng chất thải gỗ, giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra vật liệu điện cực có hiệu suất cao, góp phần vào việc phát triển các thiết bị lưu trữ năng lượng bền vững.

Hiệu suất ấn tượng của siêu tụ điện lai

Siêu tụ điện lai (LIC) được chế tạo từ các điện cực carbon nguồn gốc sinh khối đã cho thấy hiệu suất ấn tượng:

• Dung lượng cao: Thiết bị có khả năng lưu trữ năng lượng lớn, đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng công suất cao.

• Sạc/xả nhanh: Khả năng sạc và xả năng lượng nhanh chóng, phù hợp cho các ứng dụng cần giải phóng năng lượng tức thời.

• Tuổi thọ chu kỳ dài: Sau 10.000 chu kỳ sạc/xả, thiết bị vẫn giữ được 60% dung lượng ban đầu, cho thấy độ bền và hiệu suất ổn định trong thời gian dài.

Tiềm năng ứng dụng và tác động đến ngành năng lượng

Sáng kiến này của nhóm nghiên cứu tại UPV/EHU có thể mở đường cho các giải pháp lưu trữ năng lượng công suất cao thân thiện hơn với môi trường, giảm sự phụ thuộc vào các vật liệu truyền thống và tăng cường tính bền vững trong lĩnh vực này. Việc sử dụng chất thải gỗ để chế tạo điện cực không chỉ giảm chi phí sản xuất mà còn góp phần vào việc quản lý chất thải và bảo vệ môi trường.

Các ứng dụng tiềm năng của công nghệ này bao gồm:

• Xe điện: Cung cấp nguồn năng lượng ổn định, sạc nhanh và tuổi thọ cao cho pin xe điện.

• Hệ thống năng lượng tái tạo: Lưu trữ năng lượng từ các nguồn tái tạo như gió và mặt trời, đảm bảo cung cấp điện liên tục và ổn định.

• Thiết bị điện tử tiêu dùng: Sử dụng trong các thiết bị cần nguồn năng lượng sạc nhanh và dung lượng cao.

Việc phát triển siêu tụ điện lai sử dụng carbon từ chất thải gỗ của cây thông Pinus radiata là một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực

lưu trữ năng lượng, mang lại giải pháp bền vững và hiệu quả hơn so với các công nghệ truyền thống. Đây không chỉ là một bước tiến về mặt công nghệ mà còn đóng góp tích cực vào xu hướng phát triển năng lượng xanh, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

Trong tương lai, nếu công nghệ này được thương mại hóa rộng rãi, nó có thể thay đổi cách chúng ta sử dụng và lưu trữ năng lượng, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu về năng lượng sạch và hiệu suất cao ngày càng gia tăng. Đồng thời, việc tận dụng chất thải sinh khối trong sản xuất điện cực có thể trở thành một hướng đi quan trọng trong chiến lược phát triển bền vững của ngành công nghiệp năng lượng.