Nghiên cứu thành công siêu tụ điện từ nhựa tái chế
Hàng tỷ chai nhựa PET bị thải bỏ mỗi năm tạo nên gánh nặng khổng lồ lên môi trườngngày nay. Nhưng trong tương lai, chúng có thể biến thành những siêu tụ điện hiệu suất cao, mở ra hướng đi đầy tiềm năng cho năng lượng tái tạo và lưu trữ điện bền vững.
Các nhà nghiên cứu vừa công bố một phương pháp đột phá, mở ra cơ hội giải quyết đồng thời hai thách thức lớn của thời đại: ô nhiễm rác thải nhựa và nhu cầu lưu trữ năng lượng bền vững.
Cụ thể, họ đã thành công trong việc chuyển đổi những chai nước sử dụng một lần làm từ Polyethylene terephthalate (PET) thành các thành phần chính của siêu tụ điện (supercapacitor) hiệu suất cao. Phát minh này không chỉ biến rác thải thành vật liệu giá trị mà còn hứa hẹn đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang các giải pháp năng lượng tuần hoàn.
Về cơ bản, siêu tụ điện là thiết bị lưu trữ năng lượng dựa trên các điện cực carbon có độ dẫn điện cao, cho phép chúng sạc và phóng điện cực kỳ nhanh chóng. Đây được xem là một ưu điểm vượt trội so với pin lithium-ion truyền thống. Chính điều này khiến siêu tụ điện trở nên lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi công suất cao và tốc độ phản hồi nhanh như hệ thống phanh tái tạo trong xe điện hoặc đèn flash máy ảnh. Để tạo ra siêu tụ điện từ rác thải, nhóm nghiên cứu đã áp dụng hai quy trình chế tạo dựa trên nhiệt độc đáo, tái cấu trúc nhựa thải ở cấp độ phân tử.
Đối với điện cực, các mảnh chai nhựa PET được cắt nhỏ, trộn với canxi hydroxit, sau đó trải qua quá trình nhiệt phân ở nhiệt độ khoảng 700oC trong môi trường chân không. Quá trình này đã biến nhựa thành một loại bột carbon xốp, có tính dẫn điện cao, đóng vai trò là vật liệu điện cực.
Về phần màng ngăn (separator), các mảnh nhựa PET nhỏ được làm phẳng và đục lỗ bằng kim nóng. Màng ngăn này được đặt giữa hai điện cực, có chức năng ngăn ngừa đoản mạch đồng thời cho phép các ion điện phân lưu thông hiệu quả.
Khi lắp ráp siêu tụ điện, các nhà khoa học đã ngâm hai điện cực carbon xốp chế tạo từ PET tái chế vào dung dịch điện phân kali hydroxit, sử dụng màng PET đục lỗ làm vật liệu ngăn cách. Kết quả thử nghiệm đã chứng minh hiệu suất ấn tượng của thiết bị. Siêu tụ điện tái chế duy trì được 79% dung lượng ban đầu sau các chu kỳ hoạt động, một kết quả cạnh tranh và thậm chí nhỉnh hơn một chút so với thiết bị tương tự sử dụng màng ngăn sợi thủy tinh truyền thống (78%).
Tiềm năng ứng dụng của nghiên cứu này được đánh giá là rất lớn, không chỉ giới hạn trong phòng thí nghiệm. Những siêu tụ thế hệ mới này không chỉ mở ra hướng đi cho các giải pháp lưu trữ năng lượng có tính bền vững cao, mà còn giúp giảm đáng kể lượng rác thải nhựa sau tiêu dùng.
Bên cạnh lợi ích về môi trường, việc sản xuất các siêu tụ điện hoàn toàn bằng nhựa tái chế cũng cho thấy hiệu quả kinh tế đáng kể về mặt chi phí. Các nhà nghiên cứu lạc quan dự đoán rằng, trong vòng từ năm đến mười năm tới, các siêu tụ điện được nâng cấp từ chai nhựa này có thể chuyển đổi từ mẫu thử nghiệm thành các giải pháp lưu trữ năng lượng thương mại khả thi, đặc biệt khi nhu cầu về công nghệ tái chế và bền vững ngày càng tăng trên toàn cầu.
Sự tiến bộ này là một bước tiến quan trọng trong việc xây dựng một nền kinh tế tuần hoàn, nơi rác thải được nhìn nhận không chỉ là vấn đề mà còn là nguồn tài nguyên vô giá cho tương lai năng lượng sạch.