Vật liệu mới cách mạng hóa việc lưu trữ năng lượng

16:07, 03/05/2024

Các nhà khoa học tại Đại học Washington ở St. Louis đã phát triển một loại vật liệu mới giúp tăng cường sự đổi mới trong việc lưu trữ năng lượng tĩnh điện.

Vật liệu này được chế tạo từ các cấu trúc dị thể nhân tạo được làm bằng màng 2D và 3D độc lập có mật độ năng lượng cao hơn tới 19 lần so với các tụ điện hiện có trên thị trường.

Tụ tĩnh điện đóng một vai trò quan trọng trong thiết bị điện tử hiện đại. Chúng cho phép sạc và xả cực nhanh, cung cấp năng lượng và lưu trữ năng lượng cho các thiết bị từ điện thoại thông minh, máy tính xách tay và bộ định tuyến đến thiết bị y tế, thiết bị điện tử ô tô và thiết bị công nghiệp. Tuy nhiên, vật liệu sắt điện được sử dụng trong tụ điện có tổn thất năng lượng đáng kể do đặc tính vật liệu của chúng, gây khó khăn cho việc cung cấp khả năng lưu trữ năng lượng cao.

Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science, Sang-Hoon Bae, trợ lý giáo sư về kỹ thuật cơ khí và khoa học vật liệu tại Trường Kỹ thuật McKelvey thuộc Đại học Washington ở St. Louis, đã giải quyết thách thức lâu dài này trong việc triển khai vật liệu sắt điện cho các ứng dụng lưu trữ năng lượng.

Bae và các cộng tác viên của ông, bao gồm Rohan Mishra, Phó Giáo sư Kỹ thuật Cơ khí và Khoa học vật liệu, và Chuan Wang, Phó Giáo sư Kỹ thuật Điện và Hệ thống, và Frances Ross, Giáo sư chuyên ngành Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu tại MIT, đã giới thiệu một phương pháp kiểm soát thời gian phục hồi – một đặc tính vật liệu bên trong mô tả thời gian để điện tích tiêu tan hoặc phân rã – của tụ điện sắt sử dụng vật liệu 2D.

Vật liệu mới cách mạng hóa việc lưu trữ năng lượng

Cùng nhóm nghiên cứu với Bae, nghiên cứu sinh Justin S. Kim và nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Sangmoon Han đã phát triển các cấu trúc dị thể 2D/3D/2D mới có thể giảm thiểu tổn thất năng lượng trong khi vẫn bảo toàn được các đặc tính vật liệu có lợi của vật liệu 3D sắt điện.

Cách tiếp cận của họ khéo léo kẹp các vật liệu 2D và 3D thành các lớp mỏng nguyên tử với các liên kết hóa học và phi hóa học được thiết kế cẩn thận giữa mỗi lớp. Một lõi 3D rất mỏng được chèn vào giữa hai lớp 2D bên ngoài để tạo thành một lớp chỉ dày khoảng 30 nanomet. Đó là khoảng một phần mười kích thước của một hạt virus trung bình.

Bae nói: "Chúng tôi đã tạo ra một cấu trúc mới dựa trên những cải tiến mà chúng tôi đã thực hiện trong phòng thí nghiệm của mình liên quan đến vật liệu 2D. Ban đầu, chúng tôi không tập trung vào việc lưu trữ năng lượng, nhưng trong quá trình khám phá các đặc tính vật chất, chúng tôi đã tìm thấy một hiện tượng vật lý mới mà chúng tôi nhận ra rằng có thể áp dụng vào việc lưu trữ năng lượng và điều đó vừa rất thú vị vừa có khả năng hữu ích hơn nhiều".

Các cấu trúc dị thể 2D/3D/2D được chế tạo tinh xảo để nằm ở điểm cân bằng giữa tính dẫn điện và tính không dẫn điện, nơi vật liệu bán dẫn có đặc tính điện tối ưu để lưu trữ năng lượng. Với thiết kế này, Bae và các cộng tác viên đã báo cáo mật độ năng lượng cao hơn tới 19 lần so với các tụ điện sắt điện hiện có trên thị trường và họ đạt được hiệu suất trên 90%, điều này cũng là điều chưa từng có.

Bae giải thích: "Chúng tôi nhận thấy rằng thời gian hồi phục điện môi có thể được điều chỉnh hoặc gây ra bởi một khe rất nhỏ trong cấu trúc vật liệu. Hiện tượng vật lý mới đó là điều chúng ta chưa từng thấy trước đây. Nó cho phép chúng tôi điều khiển vật liệu điện môi theo cách mà nó không bị phân cực và mất khả năng tích điện".

Khi thế giới vật lộn với nhu cầu chuyển đổi sang các linh kiện điện tử thế hệ tiếp theo, vật liệu cấu trúc dị thể mới của Bae mở đường cho các thiết bị điện tử hiệu suất cao, bao gồm các thiết bị điện tử công suất cao, hệ thống liên lạc không dây tần số cao và chip mạch tích hợp. Những tiến bộ này đặc biệt quan trọng trong các lĩnh vực đòi hỏi giải pháp quản lý năng lượng mạnh mẽ, chẳng hạn như xe điện và phát triển cơ sở hạ tầng.

Link gốc


Theo nangluongcuocsong.vn

Share

Hà Nội: Tiêu thụ điện tăng vọt, công suất đỉnh đạt mức cao nhất trong lịch sử

Hà Nội: Tiêu thụ điện tăng vọt, công suất đỉnh đạt mức cao nhất trong lịch sử

Theo ghi nhận của Tổng công ty Điện lực TP Hà Nội (EVNHANOI), công suất đỉnh hệ thống điện toàn thành phố đã chạm mốc cao nhất từ trước tới nay, đạt 5.608,6 MW vào lúc 13h42' ngày 30/7/2025.


Đoàn viên, thanh niên EVN trao "Giọt hồng yêu thương"

Đoàn viên, thanh niên EVN trao "Giọt hồng yêu thương"

Trong hai ngày 29-30/7, tại Hà Nội, Đoàn Thanh niên Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã tham gia chương trình Ngày hội hiến máu năm 2025 với chủ đề "Giọt hồng yêu thương". Chương trình do Đoàn Thanh niên Chính phủ phối hợp Viện Huyết học - Truyền máu Trung ương tổ chức.


Đoàn viên, thanh niên EVN trao "Giọt hồng yêu thương"

Đoàn viên, thanh niên EVN trao "Giọt hồng yêu thương"

Trong hai ngày 29-30/7, tại Hà Nội, Đoàn Thanh niên Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã tham gia chương trình Ngày hội hiến máu năm 2025 với chủ đề "Giọt hồng yêu thương". Chương trình do Đoàn Thanh niên Chính phủ phối hợp Viện Huyết học - Truyền máu Trung ương tổ chức.


EVN và Huawei tổ chức Hội thảo kỹ thuật về lưới điện số và giải pháp lưu trữ năng lượng

EVN và Huawei tổ chức Hội thảo kỹ thuật về lưới điện số và giải pháp lưu trữ năng lượng

Ngày 30/7, tại Hà Nội, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) và Tập đoàn Công nghệ Huawei (Trung Quốc) phối hợp tổ chức Hội thảo kỹ thuật với chủ đề “Lưới điện số, các giải pháp lưu trữ và giám sát năng lượng phân tán”. Hội thảo là hoạt động hợp tác đầu tiên được triển khai sau khi hai bên ký kết Biên bản ghi nhớ hợp tác (MoU) trong lĩnh vực năng lượng.


Gần 600 kỹ sư, công nhân EVNNPT “tiếp sức” cho dự án đường dây 500kV Lào Cai - Vĩnh Yên

Gần 600 kỹ sư, công nhân EVNNPT “tiếp sức” cho dự án đường dây 500kV Lào Cai - Vĩnh Yên

Nhằm đẩy nhanh tiến độ thi công dự án đường dây 500kV Lào Cai – Vĩnh Yên, Công ty Truyền tải điện 1, 2, 3 trực thuộc Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia (EVNNPT) vừa huy động 21 tổ công tác với gần 600 kỹ sư, công nhân tăng cường thực hiện công tác dựng cột trên toàn tuyến.