yêu thích:
Siêu tụ điện giúp xe điện đi xa hơn
2011-0505
Công nghệ lưu trữ năng lượng mới có thể vượt trội pin hiện tại về dung lượng và độ bền.
Một công ty mới thành lập gọi là Nanotune thông báo rằng công nghệ siêu tụ điện của họ có thể giúp xe điện rẻ hơn và đi được quãng đường xa hơn. Công ty có trụ sở tại Mountain View, California, đã tìm ra cách chế tạo các điện cực cho siêu tụ điện có dung lượng lưu trữ gấp năm đến bảy lần so với những điện cực thông thường.
Các siêu tụ điện thông thường, có lợi thế xả điện nhanh và mạnh và có thể được nạp đi nạp lại hàng trăm hàng ngàn lần mà không bị suy giảm dung lượng, lại quá đắt và lưu trữ quá ít năng lượng nên không thể thay thế pin được.
Nanotune, đã đạt được 3 triệu USD từ công ty vốn liên doanh Draper Fisher Jurvetson, cho biết siêu tụ điện của họ có thể sắp cạnh tranh được với pin về dung lượng, và có khả năng sớm vượt qua. Sử dụng một chất điện phân thông thường, công ty đã chứng minh lưu trữ năng lượng được 20 watt-giờ / kg, so với khoảng 5 watt-giờ / kg đối với siêu tụ điện thông thường. Sử dụng một chất điện phân lỏng ion đắt hơn, họ đã tạo nên siêu tụ điện lưu giữ 35 watt-giờ / kg. Đến cuối năm, công ty hy vọng đạt khoảng gấp đôi dung lượng lưu trữ này, phát biểu của Giám đốc điều hành Nanotune Kuan-Tsae Huang. Với mức 40 watt-giờ / kg, các siêu tụ điện đã tiến bộ hơn so với các pin đang sử dụng trong một số loại xe hybrid.
Trong những tháng gần đây, một số công ty mới thành lập thông báo rằng họ đang sử dụng công nghệ nano để chế tạo các siêu tụ điện tốt hơn. Mỗi công ty đều hy vọng sẽ giúp giải quyết được một trong những vấn đề lớn nhất với xe điện hiện nay: giá pin cao và khả năng lưu trữ ít. Vi dụ như Nissan, để chiếc xe điện Leaf của họ có giá cả phải chăng, họ đã phải hạn chế kích cỡ bộ pin, dẫn đến xe chỉ chạy được 73 dặm (117km).
Một phần lý do làm cho hệ thống pin quá đắt và cồng kềnh là do khi sử dụng thì pin bị xuống cấp, đặc biệt là khi tiếp xúc với nhiệt độ khắc nghiệt, vì vậy các nhà sản xuất ô tô thường thêm hệ thống làm mát và sưởi ấm, và thêm pin bổ sung để bù đắp tổn thất về hiệu suất theo thời gian. Các siêu tụ điện có thể tránh được vấn đề này, vì chúng có thể nạp điện mà không bị xuống cấp và có thể làm việc tốt trong phạm vi nhiệt độ rộng.
Cuối cùng, Huang cho biết, có khả năng chế tạo được siêu tụ điện lưu trữ được 500 watt-giờ / kg, khoảng 3-4 lần so với pin lithium-ion đang được sử dụng trong xe hơi ngày nay. Lợi ích thực tế có thể còn lớn hơn. Ô tô thường được thiết kế để chỉ sử dụng một nửa dung lượng pin của nó, để bù đắp sự xuống cấp. Nhưng đối với siêu tụ điện hầu như tất cả dung lượng lưu trữ của chúng đều có thể được tận dụng.
Công nghệ của Nanotune hiện tại rất đắt, khoảng 2.400USD đến 6.000USD/ kWh. (Bộ Năng lượng đã đề ra mục tiêu là 250USD cho mỗi kWh để xe điện có thể cạnh tranh được với những xe thông thường.) Tuy nhiên Nanotune nói chi phí của họ có thể giảm xuống còn dưới 150USD/ kWh, nếu giá của một số vật liệu trọng điểm chẳng hạn như các chất điện phân tiếp tục giảm, và khi sản xuất ở quy mô lớn.
Những đề án lưu trữ năng lượng của công ty dựa trên một số tiến bộ công ty đang làm. Nanotune hiện đang chế tạo các điện cực có lỗ chân lông đường kính khoảng 4 đến 5 nm, nhưng họ nói họ có thể làm cho chúng nhỏ hơn (độ xốp cao, dẫn đến diện tích bề mặt cao, có thể lưu trữ một lượng lớn điện tích) và điều chỉnh chúng phù hợp với từng chất điện phân khác nhau – các vật liệu dẫn ion mà các điện cực nhúng trong đó.
Công ty cũng đang xem xét việc sử dụng các chất lỏng ion vì tốt hơn những chất điện phân hữu cơ thông thường. Những chất này làm tăng điện áp của hệ thống, tăng đáng kể năng lượng lưu trữ, nhưng đa phần chúng không tương thích với các điện cực của siêu tụ điện thông thường. Cuối cùng, công ty hy vọng sử dụng các phát hiện lý thuyết mới đây với đề nghị thêm một lượng nhỏ chất rutheni vào siêu tụ điện để có thể làm tăng năng lượng lưu trữ.
Nanotune không phải là công ty đầu tiên tuyên bố họ có thể chế tạo siêu tụ điện với năng lượng lưu trữ rất cao. Những người khác đã nhìn thấy lời hứa này khó có thể thực hiện được. Tăng diện tích bề mặt có thể cải thiện khả năng lưu trữ chỉ một ít, vì tại một số điểm việc lưu trữ bị giới hạn bởi các ion trong chất điện phân. Các chất lỏng ion có thể cải thiện điều này, nhưng chúng có những thiếu sót đáng kể, phát biểu của ông Joel Schindall, giáo sư kỹ thuật điện và khoa học máy tính tại MIT. (Một công ty gọi là FastCap Systems, phát triển siêu tụ điện sử dụng ống nano cacbon, đã tách ra khỏi phòng thí nghiệm của ông ta.) Một phần là chúng đang quá đắt đỏ và phần khác là có một số hoạt động được nhưng cũng chỉ trong một phạm vi nhiệt độ giới hạn, dẫn đến chúng không thực tế để dùng cho xe được.
Schindall nói rằng tuy Nanotune có thể không đạt được những mục tiêu năng lượng rất cao mà họ đặt ra, họ vẫn có thể cải thiện khả năng cạnh tranh của xe điện và xe lai (hybrid). Do độ bền của siêu tụ điện, thậm chí chỉ cần đạt được năng lượng lưu trữ 100 watt-giờ mỗi kg, gần với pin lithium-ion hiện tại – "sẽ là thật tuyệt vời."
Một công ty mới thành lập gọi là Nanotune thông báo rằng công nghệ siêu tụ điện của họ có thể giúp xe điện rẻ hơn và đi được quãng đường xa hơn. Công ty có trụ sở tại Mountain View, California, đã tìm ra cách chế tạo các điện cực cho siêu tụ điện có dung lượng lưu trữ gấp năm đến bảy lần so với những điện cực thông thường.
 Năng lượng xốp: Một ảnh chụp kính hiển vi cho thấy cấu trúc xốp của một loại vật liệu điện cực mới giúp tăng khả năng lưu trữ của các siêu tụ điện. Ảnh: Nanotune |
Nanotune, đã đạt được 3 triệu USD từ công ty vốn liên doanh Draper Fisher Jurvetson, cho biết siêu tụ điện của họ có thể sắp cạnh tranh được với pin về dung lượng, và có khả năng sớm vượt qua. Sử dụng một chất điện phân thông thường, công ty đã chứng minh lưu trữ năng lượng được 20 watt-giờ / kg, so với khoảng 5 watt-giờ / kg đối với siêu tụ điện thông thường. Sử dụng một chất điện phân lỏng ion đắt hơn, họ đã tạo nên siêu tụ điện lưu giữ 35 watt-giờ / kg. Đến cuối năm, công ty hy vọng đạt khoảng gấp đôi dung lượng lưu trữ này, phát biểu của Giám đốc điều hành Nanotune Kuan-Tsae Huang. Với mức 40 watt-giờ / kg, các siêu tụ điện đã tiến bộ hơn so với các pin đang sử dụng trong một số loại xe hybrid.
Trong những tháng gần đây, một số công ty mới thành lập thông báo rằng họ đang sử dụng công nghệ nano để chế tạo các siêu tụ điện tốt hơn. Mỗi công ty đều hy vọng sẽ giúp giải quyết được một trong những vấn đề lớn nhất với xe điện hiện nay: giá pin cao và khả năng lưu trữ ít. Vi dụ như Nissan, để chiếc xe điện Leaf của họ có giá cả phải chăng, họ đã phải hạn chế kích cỡ bộ pin, dẫn đến xe chỉ chạy được 73 dặm (117km).
Một phần lý do làm cho hệ thống pin quá đắt và cồng kềnh là do khi sử dụng thì pin bị xuống cấp, đặc biệt là khi tiếp xúc với nhiệt độ khắc nghiệt, vì vậy các nhà sản xuất ô tô thường thêm hệ thống làm mát và sưởi ấm, và thêm pin bổ sung để bù đắp tổn thất về hiệu suất theo thời gian. Các siêu tụ điện có thể tránh được vấn đề này, vì chúng có thể nạp điện mà không bị xuống cấp và có thể làm việc tốt trong phạm vi nhiệt độ rộng.
Cuối cùng, Huang cho biết, có khả năng chế tạo được siêu tụ điện lưu trữ được 500 watt-giờ / kg, khoảng 3-4 lần so với pin lithium-ion đang được sử dụng trong xe hơi ngày nay. Lợi ích thực tế có thể còn lớn hơn. Ô tô thường được thiết kế để chỉ sử dụng một nửa dung lượng pin của nó, để bù đắp sự xuống cấp. Nhưng đối với siêu tụ điện hầu như tất cả dung lượng lưu trữ của chúng đều có thể được tận dụng.
Công nghệ của Nanotune hiện tại rất đắt, khoảng 2.400USD đến 6.000USD/ kWh. (Bộ Năng lượng đã đề ra mục tiêu là 250USD cho mỗi kWh để xe điện có thể cạnh tranh được với những xe thông thường.) Tuy nhiên Nanotune nói chi phí của họ có thể giảm xuống còn dưới 150USD/ kWh, nếu giá của một số vật liệu trọng điểm chẳng hạn như các chất điện phân tiếp tục giảm, và khi sản xuất ở quy mô lớn.
Những đề án lưu trữ năng lượng của công ty dựa trên một số tiến bộ công ty đang làm. Nanotune hiện đang chế tạo các điện cực có lỗ chân lông đường kính khoảng 4 đến 5 nm, nhưng họ nói họ có thể làm cho chúng nhỏ hơn (độ xốp cao, dẫn đến diện tích bề mặt cao, có thể lưu trữ một lượng lớn điện tích) và điều chỉnh chúng phù hợp với từng chất điện phân khác nhau – các vật liệu dẫn ion mà các điện cực nhúng trong đó.
Công ty cũng đang xem xét việc sử dụng các chất lỏng ion vì tốt hơn những chất điện phân hữu cơ thông thường. Những chất này làm tăng điện áp của hệ thống, tăng đáng kể năng lượng lưu trữ, nhưng đa phần chúng không tương thích với các điện cực của siêu tụ điện thông thường. Cuối cùng, công ty hy vọng sử dụng các phát hiện lý thuyết mới đây với đề nghị thêm một lượng nhỏ chất rutheni vào siêu tụ điện để có thể làm tăng năng lượng lưu trữ.
Nanotune không phải là công ty đầu tiên tuyên bố họ có thể chế tạo siêu tụ điện với năng lượng lưu trữ rất cao. Những người khác đã nhìn thấy lời hứa này khó có thể thực hiện được. Tăng diện tích bề mặt có thể cải thiện khả năng lưu trữ chỉ một ít, vì tại một số điểm việc lưu trữ bị giới hạn bởi các ion trong chất điện phân. Các chất lỏng ion có thể cải thiện điều này, nhưng chúng có những thiếu sót đáng kể, phát biểu của ông Joel Schindall, giáo sư kỹ thuật điện và khoa học máy tính tại MIT. (Một công ty gọi là FastCap Systems, phát triển siêu tụ điện sử dụng ống nano cacbon, đã tách ra khỏi phòng thí nghiệm của ông ta.) Một phần là chúng đang quá đắt đỏ và phần khác là có một số hoạt động được nhưng cũng chỉ trong một phạm vi nhiệt độ giới hạn, dẫn đến chúng không thực tế để dùng cho xe được.
Schindall nói rằng tuy Nanotune có thể không đạt được những mục tiêu năng lượng rất cao mà họ đặt ra, họ vẫn có thể cải thiện khả năng cạnh tranh của xe điện và xe lai (hybrid). Do độ bền của siêu tụ điện, thậm chí chỉ cần đạt được năng lượng lưu trữ 100 watt-giờ mỗi kg, gần với pin lithium-ion hiện tại – "sẽ là thật tuyệt vời."
Các tin khác ::.
