Nhóm nghiên cứu khẳng định phương pháp của họ tạo ra các vật liệu mới dựa trên carbon từ mỡ gà một cách dễ dàng. "Có thể xem đây là một lợi thế tiềm năng cho các thiết bị lưu trữ năng lượng thương mại và mở ra cơ hội sản xuất các thiết bị lưu trữ năng lượng mang tính cách mạng công nghiệp, rẻ tiền."

Chi tiết nghiên cứu của nhóm đã được công bố trên tạp chí Vật liệu & Giao diện Ứng dụng ACS.

Cần giải pháp lưu trữ hợp lý

Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế, công suất năng lượng tái tạo trên toàn thế giới đã tăng khoảng 50% vào năm 2023 so với năm trước. Đây được xem là một sự phát triển chưa từng có.

Các nhà nghiên cứu khẳng định rằng năng lượng dư thừa cần được lưu trữ ở đâu đó để cuối cùng thế giới có thể thu lợi nhuận từ việc khai thác chúng. Ví dụ, nguồn cung cấp tấm pin năng lượng mặt trời trên mái nhà dư thừa gần đây đã gây ra chi phí năng lượng âm ở California vào những ngày nắng đẹp.

Các hợp chất carbon như graphene rất dồi dào trong tự nhiên và có khả năng truyền điện tích hiệu quả. Do đó, gần đây, chúng đã được sử dụng để tạo ra các thiết bị lưu trữ hiệu suất cao. Tuy nhiên, việc sản xuất những vật liệu này rất tốn kém và nó cũng gây ra khí nhà kính và ô nhiễm.

“Việc tổng hợp các vật liệu nano carbon chi phí thấp mà không cần xử lý ở nhiệt độ cao là rất quan trọng. Bởi, nhu cầu về vật liệu dựa trên carbon tổng hợp có giá cả phải chăng, lâu dài và thân thiện với môi trường ngày càng cao”, nhóm nghiên cứu cho biết.

Siêu tụ điện mới từ mỡ gà

Ban đầu, các nhà nghiên cứu tạo ra chất béo từ một con gà bằng cách sử dụng súng bắn gas. Tiếp theo, họ đốt dầu tan chảy bằng phương pháp bấc lửa, tương tự như đèn dầu. Sau đó, bồ hóng được tập hợp dưới đáy bình treo trên ngọn lửa.

Kính hiển vi điện tử cho thấy sự hiện diện của cấu trúc nano dựa trên carbon, hay CNO, trong bồ hóng. Những CNO này giống như các lớp của củ hành tây và là những mạng hình cầu đồng nhất gồm các vòng than chì đồng tâm.

Các nhà khoa học đã thử nghiệm ngâm CNO trong dung dịch thiourea để cải thiện tính chất điện của chúng. Đúng như dự đoán, những đặc điểm này rõ nét hơn khi các hạt nano cacbon được xử lý bằng thiourea được sử dụng để chế tạo các điện cực.

Khi các hạt nano carbon nhúng vào dung dịch thiourea (h-CNO) làm từ mỡ gà được lắp ráp vào điện cực âm của siêu tụ điện bất đối xứng; điện dung, độ bền cũng như mật độ năng lượng và công suất tăng đáng kể.

Các nhà nghiên cứu tuyên bố rằng h-CNO thể hiện điện dung cụ thể là 261F/g, vượt qua điện dung 180,6F/g của CNO không pha tạp ở mật độ dòng điện là 1 A/g. 

Siêu tụ điện bất đối xứng được chế tạo bằng cách sử dụng h-CNO làm điện cực âm và MnCo2S4 (MCS) làm điện cực dương đã chứng minh hiệu suất năng lượng và công suất vượt trội ở mức 32,8 Wh/kg và 7.350 W/kg. Hơn 5.000 chu kỳ, khả năng duy trì điện dung là 97%.

Nhóm đã trình diễn khả năng thực tế của siêu tụ điện mới được phát triển bằng cách sạc và liên kết hai bộ phận để chiếu sáng đồng thời các đèn LED màu đỏ, xanh lục và xanh lam. Cuộc trình diễn nhấn mạnh những lợi ích tiềm năng của việc sử dụng chất thải thực phẩm để làm nguồn carbon. Từ đó thúc đẩy tìm kiếm các giải pháp năng lượng thân thiện hơn với môi trường.