Độc đáo phát minh dùng gạch làm siêu tụ điện

 Từ những viên gạch xây dựng màu đỏ thông thường, các nhà khoa học đã tìm ra cách "hô biến" chúng thành thiết bị có thể sạc điện và lưu trữ năng lượng như pin.

Trước sự bành trướng của điện mặt trời và điện gió, có thể thấy rõ trở ngại lớn nhất chính là việc tìm kiếm những thiết bị lưu trữ một cách hiệu quả năng lượng điện để sử dụng sau đó. Hiện tại, giải pháp gần như tối ưu cho việc sử dụng năng lượng điện từ những loại hình khai thác trên chính là sử dụng các khối pin khổng lồ, cải tiến bánh đà hay thậm chí tận dụng cả đường thông gió ngầm.

Tuy vậy, riêng việc nâng cấp những khối pin khổng lồ lại liên quan đến những gánh nặng tác động lên môi trường khi những khối pin này không còn sử dụng được nữa. Trước những trăn trở này, các nhà khoa học tại Đại học Washington (thành phố St. Louis, Mỹ) đã không ngừng tìm tòi, nghiên cứu và thật bất ngờ khi tuyên bố đã có thể biến những viên gạch đỏ thông thường thành một siêu tụ điện có chức năng lưu trữ năng lượng điện và chu kỳ sạc “khủng”.

Theo các nhà khoa học, phương pháp của nhóm có thể sử dụng cho cả gạch đỏ thông thường cũng như gạch tái chế. Cũng theo phân tích của các nhà khoa học, gạch đỏ thông thường tựa như những miếng bọt biển. Màu đỏ của gạch được hình thành do những sắc tố chứa nhiều oxit sắt. Những đặc điểm này qua quá trình nghiên cứu cho thấy thực sự lý tưởng cho việc kết hợp sử dụng vật liệu polyme dẫn điện.

Siêu tụ điện bằng gạch đỏ có thể thắp sáng một bóng đèn LED

Trong thí nghiệm ban đầu, các nhà khoa học Đại học Washington đã sử dụng một loạt gạch đỏ trị giá chỉ 0,65 USD/viên. Những viên gạch đỏ này được các nhà khoa học sử dụng một vật liệu cấu trúc siêu nhỏ để lấp đầy những khoảng trống bên trong. Sau đó, họ tiếp tục làm nóng những viên gạch đỏ ở nhiệt độ 160 độ C. Quá trình xử lý theo giải thích sẽ kích hoạt phản ứng hóa học hình thành nên lớp phủ được gọi là PEDOT lấp đầy các hốc gạch. Lớp phủ polyme này theo các chuyên gia nghiên cứu có danh pháp là 3,4-ethylenedioxythiophene. Một khi ra khỏi lò, những viên gạch đỏ sẽ biến thành màu xanh đen và có khả năng dẫn điện.

Từ những viên gạch đã qua quá trình xử lý, nhóm nghiên cứu tiếp tục kết nối hai dây dẫn đồng với nhau và để tránh tình trạng đoản mạch khi xếp chồng nhiều lớp, họ sử dụng thêm một “vách ngăn” là polypropylen. Để sạc điện cho những viên gạch này, các nhà khoa học sử dụng một dung dịch gốc axit sulfuric làm chất điện phân lỏng. Các viên gạch tiếp đến được kết nối qua dây dẫn đồng với pin AAA trong khoảng một phút. Sau khi được sạc, những viên gạch có thể cung cấp năng lượng cho đèn LED trắng trong khoảng thời gian 11 phút.

Theo nghiên cứu, nếu kết hợp 50 viên gạch đồng thời sẽ hình thành một siêu tụ có thể cung cấp nguồn năng lượng công suất đủ để đốt cháy bóng đèn 3W trong thời gian khoảng 50 phút. Với thiết lập hiện tại, các nhà khoa học có thể tái sạc cho những siêu tụ này đến 10.000 lần. Các nhà khoa học cho biết vẫn đang tiếp tục phát triển thành phần hóa học của vật liệu polyme để đạt được chu kỳ sạc lên đến 100.000 lần.

Siêu tụ đang ngày càng nhận được nhiều sự quan tâm vì không như pin, siêu tụ có thể cung cấp một nguồn năng lượng với tốc độ chóng mặt và khả năng sạc lại nhanh chóng. Tuy nhiên, siêu tụ vẫn có điểm bất lợi là khả năng dự trữ năng lượng tương đối thấp so với pin và thường phải tính bằng kg. Trong xe điện, siêu tụ được dùng cho việc hỗ trợ tăng tốc trong khi các module pin lithium đảm nhiệm việc cung cấp năng lượng cho xe di chuyển hàng trăm dặm. Hiện tại, nhiều nhà khoa học và nhà phát triển công nghệ hy vọng siêu tụ điện có thể thay thế pin thông thường trong nhiều ứng dụng, do tác động của việc khai thác và thải bỏ kim loại lên môi trường.

Theo D’Arcy - thành viên của nhóm các nhà khoa học Đại học Washington, để thực sự có thể cạnh tranh được với sự thống trị của pin, siêu tụ điện sẽ cần phải tăng mật độ năng lượng của chúng lên đáng kể. Ông cũng cho biết thêm, nhóm vẫn đang tiếp tục tìm giải pháp để vật liệu polyme có khả năng tích trữ nhiều năng lượng hơn nữa và ông rất tự tin vì hầu như chưa nhóm nghiên cứu nào khác chọn gạch để làm những siêu tụ.

Dự án dùng gạch làm nơi lưu trữ năng lượng điện của các nhà khoa học Đại học Washington hiện được đánh giá là rất có tiềm năng vì gạch được sử dụng rất phổ biến trên thế giới. Hãy thử hình dung nếu các tấm pin mặt trời trên nóc nhà được kết nối với những viên gạch xây tường có thể sạc điện, bạn đã sẵn sàng cho một nguồn điện dự phòng trong nhà để chiếu sáng khẩn cấp hoặc các ứng dụng khác.