Nhờ bước đột phá mới từ các nhà nghiên cứu tại Đại học Boise State, Hoa Kỳ, ý tưởng này đang tiến gần hơn một bước đến hiện thực. Khám phá của họ gần đây được công bố trên tạp chí Small Methods.
Nhóm nghiên cứu tạo ra một loại mực đặc biệt, làm từ vật liệu có tên là MXene, có thể sử dụng để in các siêu tụ điện siêu nhỏ hiệu suất cao. Siêu tụ điện là các thiết bị nhỏ lưu trữ và giải phóng năng lượng nhanh chóng.
MXenes là một nhóm vật liệu tiên tiến, làm từ các lớp kim loại siêu mỏng và hợp chất carbon. Những vật liệu này được biết đến là dẫn điện tốt, có bề mặt tương tác dễ dàng với nước, khiến chúng trở nên thích hợp sử dụng trong lưu trữ năng lượng.
Nhưng cho đến nay, việc biến MXene thành mực, có thể in lên các bề mặt để sử dụng trong thực tế vẫn là một thách thức lớn. MXene có thể pha với nước, tạo thành mực, nhưng hỗn hợp này thường bị hỏng sau vài ngày do phản ứng hóa học với oxy trong không khí.
Ngoài ra, để hiệu quả trong các phương pháp in chính xác, mực cần có độ dày và tốc độ khô phù hợp. Việc tạo ra một phiên bản mực MXene ổn định theo thời gian và hoạt động trơn tru với các công nghệ in tiên tiến là rất khó khăn cho đến nay.
Nhóm nghiên cứu của Đại học Boise State, phát triển loại mực MXene mới, có thể ổn định trong hơn 6 tháng mà không cần chất phụ gia. Ấn tượng hơn nữa, loại mực này hoạt động hoàn hảo với phương pháp in được gọi là in phun khí dung, cho phép in vật liệu theo các đường nét cực kỳ mịn.
Các nhà nghiên cứu in thành công các siêu tụ điện thu nhỏ - thiết bị lưu trữ năng lượng - lên nhựa dẻo (màng Kapton) và bề mặt cứng như ống ceramic. Các thiết bị in này hoạt động cực kỳ tốt, sử dụng được nhiều lần và duy trì hiệu suất theo thời gian, cho thấy khả năng lưu trữ năng lượng tuyệt vời.
Trên thực tế, chúng nằm trong số các siêu tụ điện in dựa trên MXene có hiệu suất tốt nhất được báo cáo cho đến nay. Các đường in nhỏ tới 45 micron, mỏng hơn sợi tóc người và các thiết bị đạt mật độ lưu trữ năng lượng cao.
Siêu tụ điện hữu ích vì chúng có thể cung cấp năng lượng đột biến và sạc lại nhanh chóng, thích hợp cho các thiết bị đeo được, cảm biến nhỏ và thiết bị điện tử cầm tay. Khi nhu cầu toàn cầu về các giải pháp năng lượng nhẹ và linh hoạt ngày càng tăng, siêu tụ điện in như thế này sẽ đóng vai trò quan trọng của công nghệ năng lượng trong tương lai.
Bước đột phá này cho thấy hóa học và in ấn tiên tiến có thể kết hợp với nhau để tạo ra các giải pháp hữu ích cho ngành công nghiệp. Với loại mực MXene mới này, việc sản xuất các thiết bị năng lượng mini trên quy mô lớn có thể sớm trở thành hiện thực, giá cả phải chăng và thiết thực.
