Một nhóm nghiên cứu từ Trung tâm nghiên cứu vật liệu composite carbon thuộc Viện khoa học và công nghệ Hàn Quốc (KIST), cùng với Đại học quốc gia Seoul, phát triển một siêu tụ điện hiệu suất cao, được kỳ vọng trở thành thế hệ lưu trữ năng lượng tiếp theo.

Bước đột phá của họ giải quyết những hạn chế chính của các siêu tụ điện hiện tại, bằng cách sử dụng cấu trúc sợi tiên tiến làm từ ống nano carbon (CNT) một lớp và polyaniline (PANI), một loại polymer dẫn điện.

So với pin thông thường, siêu tụ điện sạc nhanh hơn, cung cấp mật độ công suất cao hơn, ít bị suy giảm hiệu suất ngay cả sau hàng chục nghìn chu kỳ sạc và xả. Tuy nhiên, mật độ năng lượng tương đối thấp của chúng làm hạn chế thời gian hoạt động, khiến chúng ít sử dụng trong các ứng dụng thực tế như xe điện và máy bay không người lái (drone).

Để giải quyết thách thức này, các nhà nghiên cứu liên kết ống nano carbon (CNT) một lớp, có độ dẫn điện cao, với polyaniline (PANI), một loại polymer dẫn điện, giá rẻ và dễ xử lý. Bằng cách kết hợp các vật liệu này ở cấp độ nano, họ tạo ra cấu trúc sợi tinh vi, giúp cải thiện chuyển động của cả electron và ion.

Điều này tạo ra siêu tụ điện có khả năng lưu trữ năng lượng nhiều hơn và giải phóng năng lượng nhanh hơn. Siêu tụ điện mới chứng minh hiệu suất ổn định qua hơn 100.000 chu kỳ sạc-xả và vẫn hiệu quả ngay cả trong môi trường điện áp cao. Nhờ độ bền và hiệu quả, công nghệ này có thể thay thế hoặc cải tiến các hệ thống pin hiện tại.

Trong xe điện, nó có thể cung cấp năng lượng sạc nhanh, giúp tăng cả phạm vi lái xe và hiệu suất. Drone và robot cũng có thể hưởng lợi từ thời gian hoạt động dài hơn và độ tin cậy được cải thiện của siêu tụ điện này. Ngoài ra, sợi tổng hợp CNT-PANI có độ linh hoạt cao, cho phép cuộn hoặc gấp để sử dụng trong các thiết bị điện tử thế hệ tiếp theo như thiết bị đeo được.

Một thành tựu lớn khác của nghiên cứu là giảm chi phí sản xuất và khả năng sản xuất hàng loạt. Mặc dù có những đặc tính tuyệt vời, ống nano carbon một lớp (CNT) vẫn khó thương mại hóa do chi phí sản xuất cao, nhưng các nhà nghiên cứu giải quyết vấn đề này bằng cách kết hợp chúng với polyaniline (PANI) giá rẻ.

Hơn nữa, họ đặt nền tảng cho việc sản xuất hàng loạt thông qua quy trình đơn giản và thành công trong việc phát triển cấu trúc dạng màng dựa trên công nghệ này, thúc đẩy thương mại hóa hơn nữa. Trong tương lai, nó sẽ được sử dụng như một công nghệ quan trọng, hỗ trợ cho quá trình chuyển đổi sang trung hòa carbon trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như xe điện, robot, drone và thiết bị đeo.