Sạc máy tính trong vòng một phút?

Hãy tưởng tượng nếu như máy tính xách tay của bạn hết pin hoặc điện thoại di động có thể chỉ cần xạc trong vòng một phút, thậm chí một chiếc ô tô điện cũng có thể nạp đầy pin chỉ trong vòng 10 phút đồng hồ.

Trong khi giờ thì điều này là không thể, một nghiên cứu mới do một nhóm các nhà khoa học ở CU Boulder có thể có tiềm năng dẫn đến nhiều tiến bộ vượt bậc.

Công trình này được xuất bản trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences 1. Các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của Ankur Gupta đã khám phá ra cách các hạt tích điện nhỏ bé, được gọi là các ion, dịch chuyển bên trong một mạng phức hợp của các lỗ trống nhỏ. Sự đột phá này có thể dẫn đến sự phát triển nhiều thiết bị lưu trữ năng lượng hiệu quả như các siêu tụ điện, theo nhận xét của Gupta, một trợ lý giáo sư kỹ thuật hóa học và sinh học.

“Do vai trò quan trọng của năng lượng trong tương lai của hành tinh chúng ta, tôi cảm thấy cần ứng dụng hiểu biết về kỹ thuật hóa học của mình để cải tiến các thiết bị lưu trữ năng lượng”, Gupta nói. “Tôi cảm thấy chủ đề này vẫn còn có nhiều thứ chưa được khám phá hết và như vậy đó là một cơ hội hoàn hảo cho các nhà khoa học”.

Gupta giải thích nhiều kỹ thuật hóa học vẫn được sử dụng để nghiên cứu dòng chảy qua các vật liệu có lỗ trống như thùng chứa dầu và thiết bị lọc nước nhưng chúng vẫn chưa được sử dụng một cách đầy đỷ trong nhiều hệ thống lưu trữ năng lượng.

Khám phá này có ý nghĩa không chỉ trong lưu trữ năng lượng ở các loại xe cộ và thiết bịđiện mà còn hữu dụng cho lưới điện, nơi sự dao động của các nhu cầu năng lượng đòi hỏi phải có lưu trữ năng lượng hiệu quả để tránh lãng phí trong thời kỳ nhu cầu năng lượng thấp và đảm bảo cung cấp nhanh khi có nhu cầu cao.

Các siêu tụ điện – các thiết bị lưu trữ năng lượng phụ thuộc vào sự tích tụ ion trong các lỗ của chúng – có thời gian tích điện nhanh và vòng đời dài hơn so với các loại pin.

“Sự hấp dẫn ban đầu của các siêu tụ điện nằm ở tốc độ của chúng”, Gupta nói. “Vì vậy chúng ta làm thế nào để khiến chúng tích điện và giải phóng điện nhanh hơn? Bằng một chuyển động hiệu quả hơn của các ion”.

Phát hiện của họ đã làm thay đổi định luật Kirchhoff về cường độ dòng điện, vốn chế ngự dòng điện trong các mạch điện kể từ năm 1845 và có trong chương trình học phổ thông. Không như các electron, các ion chuyển động do các điện trường và nhiễu xạ, các nhà khoa học xác định rằng những chuyển động của chúng tại các giao diện rỗng đều khác với điều được miêu tả trong định luật Kirchhoff.

Trước nghiên cứu này, sự chuyển động của các ion chỉ được miêu tả trong tài liệu ở một lỗ thẳng. Thông qua nghiên cứu này, chuyển động của ion trong một mạng lưới phức hợp của hàng ngàn các lỗ có kết nối với nhau có thể được mô phỏng và dự đoán trong vài phút.

“Đó là bước nhảy vọt của công trình này”, Gupta nói. “Chúng tôi đã tìm thấy đường liên kết bị mất”.

Thanh Đức tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2024-05-laptop-minute-supercapacitors-clues.html

https://interestingengineering.com/energy/faster-charging-supercapacitors-ions

————————————-

1. https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2401656121

Tác giả