(Hóa học ngày nay-H2N2)-Một nhóm nghiên cứu thuộc MIT cho biết sử dụng ống nano cacbon chế tạo điện cực có thể giúp tăng hiệu suất năng lượng lên gấp 10 lần so với pin lithium thông thường. Loại điện cực này được ứng dụng trong các thiết bị di động nhỏ gọn, và có thể được sử dụng cho nghiên cứu phát triển các ứng dụng lớn và cần nhiều năng lượng hơn của pin. 
Để sản xuất vật liệu chế tạo điện cực mới này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp phủ lớp: chất liệu cơ bản sẽ được nhúng trong dung dịch chứa ống nano cacbon đã được xử lý bằng các hợp chất hữu cơ cho phép đồng thời mang cả điện tích âm và điện tích dương. Khi phủ các lớp luân phiên trên bề mặt chất liệu cơ bản, chúng sẽ liên kết chặt chẽ với nhau tạo thành một lớp phim bền vững và ổn định.
Trong điện cực pin kiểu mới, các ống nano cacbon – một dạng cacbon tinh khiết trong đó các dải phân tử cacbon cuộn lại thành các ống nhỏ – “tự tập hợp” thành một cấu trúc bám chặt chẽ và có độ xốp đến từng nanomet. Ngoài ra, trên bề mặt ống nano cacbon có nhiều nhóm oxy giúp lưu giữ một số lượng lớn ion lithium; điều này cho phép chúng vừa đóng vai trò điện cực âm vừa hoạt động như điện cực dương của pin lithium thông thường.
Quy trình “tự tĩnh điện” này đóng vai trò rất quan trọng bởi các ống nano cacbon thông thường trên bề mặt có xu hướng tập trung lại thành chùm, khiến diện tích bề mặt chịu phản ứng bị hạn chế. Tích hợp các phân tử hữu cơ vào ống nano giúp tăng độ xốp cho ống nano.
Pin lithium chế tạo từ vật liệu mới có đầy đủ ưu điểm của cả 2 tụ điện, cho phép tạo ra dòng điện có cường độ lớn trong thời gian ngắn, đồng thời pin lithium cũng có thể duy trì một dòng điện nhỏ trong thời gian dài. Hiệu suất năng lượng trên khối lượng vật liệu điện cực nhất định cao hơn 5 lần so với tụ điện thường; tổng hệ số phát điện cao gấp 10 lần so với pin ion lithium. Hiệu suất hoạt động lớn giúp cải thiện khả năng dẫn ion và electron vào điện cực của loại pin mới và tăng cường khả năng lưu giữ lithium trên bề mặt ống nano.
Bên cạnh ưu điểm hiệu suất năng lượng cao, các điện cực chất liệu từ ống nano cácbon hoạt động rất ổn định trong thời gian dài. Sau khi được thử nghiệm qua 1000 lần sạc và xả sạc, hiệu suất hoạt động của vật liệu vẫn không thay đổi.
Các điện cực được tạo ra có độ dày lên tới vài micron, do đó những cải thiện về cung cấp điện năng chỉ có thể thấy rõ khi đạt đến cường độ lớn. Trong tương lai, nhóm nghiên cứu dự định sẽ sản xuất điện cực có độ dày lớn hơn đồng thời cải tiến thêm hiệu suất hoạt động của pin đối với dòng đầu ra cường độ thấp. Hiện tại, vật liệu mới chỉ áp dụng được cho các thiết bị điện tử di động, nhỏ gọn, tuy nhiên với khả năng cung cấp năng lượng lớn cho các thiết bị lớn và dày hơn (với độ dày lên tới vài trăm thay vì chỉ vài micron), hoàn toàn có thể sử dụng vật liệu ống nano cacbon cho các ứng dụng khác như xe hơi động cơ lai.
Trong khi các ống nano cácbon mới chỉ được sản xuất với số lượng rất hạn chế, một số công ty hiện đã lên kế hoạch sản xuất hàng loạt vật liệu này.
Nguồn ScienceDaily/Nasati
