Tây Ban Nha phát triển siêu pin làm từ vụn gỗ bỏ đi: Dung lượng cao, sạc - xả nhanh, 10.000 chu kỳ vẫn giữ 60% dung lượng

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghiệp Basque (UPV/EHU) đã phát triển một siêu tụ điện lai sử dụng carbon được chiết xuất từ chất thải của cây thông Pinus radiata. Thiết bị này, kết hợp giữa pin lithium-ion và siêu tụ điện, có các điện cực được chế tạo từ các hạt gỗ bỏ đi, mang lại giải pháp lưu trữ năng lượng bền vững và tiết kiệm chi phí.

Với nguồn tài nguyên sinh khối phong phú tại xứ Basque, Tây Ban Nha, nhóm nghiên cứu đã áp dụng các quy trình thân thiện với môi trường và chi phí thấp để tạo ra các điện cực hiệu suất cao. Kết quả của họ nhấn mạnh tiềm năng của các vật liệu dựa trên sinh khối trong việc sản xuất các hệ thống lưu trữ năng lượng hiệu quả và thân thiện với môi trường.

Theo các nhà nghiên cứu, sáng kiến này 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.

Nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của xã hội hiện đại đòi hỏi các lựa chọn lưu trữ bền vững không gây ra hiện tượng ấm lên toàn cầu. Hiện nay, lưu trữ năng lượng chủ yếu dựa vào pin lithium-ion (LIBs) và siêu tụ điện (SCs), nhưng mỗi loại đều có nhược điểm: SCs có công suất cao nhưng tự phóng điện nhanh, trong khi LIBs có năng lượng cao nhưng suy giảm theo thời gian.

Việc kết hợp hai công nghệ này, các tụ điện lithium-ion (LICs), cung cấp 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.

Lựa chọn vật liệu điện cực có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của LIC. Mặc dù được sử dụng rộng rãi, graphite là một nguyên liệu thô quan trọng và gây tốn kém cho môi trường. Mặc dù các lựa chọn thay thế như carbon cứng, carbon mềm và nanocarbon có tiềm năng, chi phí cao và sự phức tạp ngăn cản việc sử dụng rộng rãi.

Nhóm nghiên cứu tại UPV/EHU đã phát triển một LIC tiết kiệm chi phí sử dụng carbon từ chất thải Pinus radiata, một nguồn tài nguyên phong phú và bền vững ở 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.

"Chúng tôi phát triển các vật liệu mới có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng. Trong trường hợp này, để tạo ra các điện cực, chúng tôi đã chuẩn bị carbon từ các hạt gỗ của cây thông insignis xung quanh chúng tôi và được sử dụng trong các xưởng mộc," bà Idoia Ruiz de Larramendi, giảng viên tại UPV/EHU và thành viên của nhóm nghiên cứu, cho biết trong một tuyên bố.

Pin và siêu tụ điện là cần thiết cho việc lưu trữ năng lượng, mỗi loại có ưu điểm riêng. Siêu tụ điện tạo ra công suất lớn trong thời gian ngắn, trong khi pin lưu trữ nhiều năng lượng hơn. Siêu tụ điện không phù hợp cho việc cung cấp năng lượng dài hạn, nhưng chúng hoàn hảo cho các ứng dụng cần giải phóng năng lượng nhanh chóng.

Nghiên cứu đã tạo ra một thiết bị lai lithium-ion kết hợp các ưu điểm của cả hai công nghệ. Nó giữ được độ bền và khả năng sạc-xả nhanh của siêu tụ điện trong khi lưu trữ năng lượng công suất cao như pin. Hiệu suất tổng thể của thiết bị được cải thiện bằng cách kết hợp các điện cực kiểu pin và siêu tụ điện.

Các dạng carbon khác nhau, được lựa chọn cẩn thận từ các nguồn sinh khối, đã được sử dụng để tạo ra các điện cực. Không phải tất cả sinh khối đều cung cấp carbon phù hợp cho các ứng dụng lưu trữ năng lượng, nhưng kết quả đã chứng minh hiệu quả của carbon có nguồn gốc từ cây thông insignis.

Các nhà nghiên cứu phát hiện rằng một điện cực được cấu tạo từ carbon cứng và điện cực kia từ carbon hoạt tính. Tính bền vững và hiệu quả chi phí được ưu tiên trong quá trình sản xuất, sử dụng các phụ gia tiết kiệm chi phí và duy trì nhiệt độ tổng hợp dưới 700°C.