Đột phá lớn trong công nghệ lưu trữ năng lượng chỉ nhờ thêm 'nước'

Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng vật liệu được bổ sung các lớp phân tử nước có thể chứa và cung cấp năng lượng nhanh hơn loại vật liệu tương tự không có các lớp nước. Điều này giúp tạo ra nền tảng mới để cải tiến các thiết bị điện và sản xuất pin tốt hơn.

Chính vì nhu cầu sử dụng năng lượng của nhân loại ngày một tăng mà các nhà khoa học luôn cố gắng tìm kiếm các vật liệu mới có thể cải thiện khả năng lưu trữ năng lượng và chuyển đổi năng lượng nhanh hơn. Tin vui đó là một nghiên cứu mới cho thấy để đạt được những mục đích đó thì có một phương pháp rất đơn giản đó là chỉ cần thêm nước.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng vật liệu được bổ sung các lớp phân tử nước có thể chứa và cung cấp năng lượng nhanh hơn loại vật liệu tương tự không có các lớp nước, điều này có thể dẫn đến những cách mới để sản xuất pin tốt hơn và các thiết bị điện sẽ được cải tiến.

Kích thước siêu mỏng của lớp phân tử nước

Nhà khoa học vật liệu, Veronica Augustyn thuộc Đại học North Carolina cho biết: "Đây là thí nghiệm về khái niệm cơ bản, nhưng ý tưởng sử dụng nước hoặc các dung môi khác để điều chỉnh vận chuyển ion trong một vật liệu phân lớp là rất thú vị. "Ý tưởng cơ bản là cho phép một lượng lớn năng lượng tăng lên được lưu trữ trên một đơn vị thể tích, sự khuếch tán nhanh hơn các ion qua vật liệu, và sự truyền tải điện nhanh hơn."

Nhóm Augustyn đã so sánh hai vật liệu trong nghiên cứu của họ: một oxit vonfram kết tinh và cùng một loại vật liệu trong một lớp gọi là volfram oxit tinh thể - được xen kẽ với các lớp nước cực kỳ mỏng (10nm).

Ý tưởng là cho phép khuếch tán nhanh các ion trong cấu trúc thể rắn, sử dụng nước để tăng tốc độ truyền năng lượng trong môi trường, trong khi vẫn giữ được khả năng của vật liệu để lưu trữ càng nhiều năng lượng càng tốt.

Nghiên cứu trong lĩnh vực này - gọi hiện tượng trên là chứng giả mù - đã diễn ra trong nhiều thập kỷ, nhưng các nhà nghiên cứu bây giờ có thể khám phá các giả thuyết của mình tốt hơn nhờ những tiến bộ trong khoa học vật liệu và các phương pháp nano.

Một mục tiêu của nghiên cứu lưu giữ năng lượng là tạo ra các công nghệ có mật độ năng lượng cao của pin và công suất tụ điện cao. Các bộ hồ trùng giả cũng giống như chúng ta đã thảo luận trong báo chí trước đây có thể cho phép chúng ta phát triển công nghệ để thu hẹp khoảng cách đó.

Lưu trữ năng lượng hiệu quả đang là thách thức cho rất nhiều lĩnh vực khác nhau

Trong thử nghiệm vật liệu Hydrate, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng nó có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn các oxit vonfram thông thường, nhưng chỉ khi nó được tính trong thời gian ngắn. Sau khi được sạc trong 12 giây, lớp oxit nước chứa nhiều năng lượng hơn, nhưng khi chu kỳ sạc được kéo dài đến 10 phút, oxit thông thường lại lưu trữ nhiều hơn - mặc dù hydrat lưu trữ năng lượng hiệu quả hơn so với vật liệu thông thường, bằng cách tốn ít năng lượng thông qua tỏa nhiệt .

Nhóm nghiên cứu cho biết hiện tại kết quả này chỉ ở giai đoạn thí nghiệm, vì vậy có lẽ chúng ta sẽ chưa có cơ hội nhìn thấy các lớp nước nano trong thiết bị điện tử cá nhân vào thời điểm hiện tại. Nhưng về lâu dài, bây giờ chúng ta biết rằng các lớp hydrat có thể mang lại lợi ích trong các cơ chế lưu giữ và chuyển đổi năng lượng, điều đó có nghĩa là các nhà sản xuất có thể sẽ sử dụng chúng trong tất cả các loại thiết bị điện trong tương lai.

Augustyn cho biết: "Một lần nữa, đây chỉ là bước đầu tiên, nhưng khám phá này cuối cùng có thể dẫn đến những thứ như pin mỏng hơn, dung lượng lưu trữ nhanh hơn cho lưới điện chạy bằng năng lượng tái tạo hoặc tăng tốc nhanh hơn trong xe điện.