Chế tạo màng bằng nhựa PS giúp lưu trữ năng lượng hiệu quả

Nhóm các nhà khoa học thuộc lĩnh vực Công nghệ Nano và Khoa học Nano, do Tiến sĩ Xie Xian Ning dẫn dắt, vừa phát triển một loại màng lưu trữ năng lượng mới. Công trình được thực hiện tại Đại học Quốc gia Singapore, sử dụng nhựa PS để tạo nên tấm màng mỏng, mềm mại và có thể gập lại. Vật liệu này mở ra hướng tiếp cận khác cho thiết bị lưu trữ điện, vốn lâu nay phụ thuộc chủ yếu vào pin hoặc siêu tụ điện. Khi được kẹp giữa hai tấm kim loại đã nạp điện, màng nhựa PS có thể tích điện tới 0,2 farad trên mỗi cm vuông. Con số này cao hơn nhiều giới hạn điển hình của tụ điện tiêu chuẩn, vốn chỉ lưu trữ khoảng 1 microfarad trên mỗi cm vuông. Khả năng tích điện đáng chú ý giúp tấm màng nhỏ gọn trở thành ứng viên tiềm năng cho những thiết bị cần lưu trữ năng lượng hiệu quả. Theo Tiến sĩ Xie, màng nhựa PS độc quyền có cấu hình thiết bị đơn giản hơn pin sạc và siêu tụ điện, đồng thời chi phí chế tạo cũng thấp hơn. Thiết kế tối giản có thể hỗ trợ quá trình sản xuất thuận lợi, nhất là khi công nghệ được mở rộng từ thử nghiệm trong phòng nghiên cứu sang ứng dụng thực tế. Tấm màng còn giữ ưu thế về tính linh hoạt, bởi vật liệu mềm và có thể gập phù hợp với nhiều kiểu thiết bị khác nhau. Nhóm nghiên cứu cho biết hiệu suất của màng PS vượt qua một số loại pin sạc, gồm pin lithium ion và pin chì-axít, cũng như các siêu tụ điện hiện có. Chi phí lưu trữ mỗi farad điện bằng màng này khoảng 0,62 đô la Mỹ, thấp hơn đáng kể mức khoảng 7 đô la Mỹ của chất điện phân lỏng theo công nghệ hiện tại. Khoảng cách chi phí cho thấy vật liệu mới có thể tạo khác biệt lớn nếu được phát triển thành sản phẩm thương mại. Với mỗi 1 đô la Mỹ đầu tư cho màng nhựa PS, lượng năng lượng lưu trữ đạt từ 10 đến 20 watt-giờ theo kết quả được nêu trong nghiên cứu. Trong cùng phép so sánh, pin lithium ion chỉ cung cấp khoảng 2,5 watt-giờ năng lượng lưu trữ với chi phí 1 đô la Mỹ. Hiệu quả kinh tế này khiến công nghệ màng PS đáng chú ý trong bối cảnh nhu cầu lưu trữ điện giá rẻ đang gia tăng. Nghiên cứu xuất hiện khi xã hội ngày càng quan tâm tác động môi trường của các nguồn năng lượng truyền thống, đồng thời tìm kiếm giải pháp thay thế phù hợp hơn. Những phương tiện như xe hơi điện cần hệ thống lưu trữ và cung cấp năng lượng hiệu quả để nâng cao khả năng vận hành trong thực tế. Xe hybrid cũng có thể hưởng lợi, vì màng PS cho phép lưu trữ và chuyển hóa năng lượng gần như ngay lập tức, qua đó hỗ trợ giảm phát thải carbon. Ngoài giao thông, màng nhựa PS còn có thể tích hợp vào các tấm panô năng lượng mặt trời và tua-bin gió để cải thiện việc lưu trữ điện. Vật liệu này có thể giữ phần năng lượng dư thừa rồi cung cấp trở lại khi điều kiện tự nhiên không thuận lợi, chẳng hạn ban đêm thiếu ánh sáng mặt trời. Cách vận hành đó góp phần xử lý tình trạng nguồn điện dao động, vốn thường gây khó khăn cho các hệ thống năng lượng tái tạo. Bước tiếp theo của nhóm nghiên cứu là tìm kiếm cơ hội hợp tác với các nhà đầu tư mạo hiểm nhằm thương mại hóa màng nhựa PS độc quyền. Nếu quá trình phát triển tiếp tục thuận lợi, công nghệ này có thể được xem xét cho nhiều hệ thống cần lưu trữ điện nhanh, gọn và tiết kiệm. Từ một tấm màng nhựa mềm có thể gập, nhóm nghiên cứu đang hướng tới giải pháp hỗ trợ xe điện, năng lượng tái tạo và quản lý điện hiệu quả hơn.