Việc chuyển đổi sang năng lượng tái tạo là cần thiết, nhưng không đơn giản chỉ là thay thế nhiên liệu hóa thạch bằng tấm pin mặt trời. Để hệ thống vận hành hiệu quả, các cơ sở hạ tầng điện cần có pin đủ mạnh để lưu trữ năng lượng dư thừa và cung cấp khi cần thiết. Hiện nay, vật liệu carbon ngày càng được sử dụng trong thiết bị lưu trữ nhờ nguồn cung dồi dào và hiệu suất cao. Tuy nhiên, sản xuất graphene - một dạng carbon có đặc tính vượt trội, nhưng lại tốn kém và gây ô nhiễm. Do đó, các nhà khoa học đang tìm kiếm những nguồn carbon thay thế tiềm năng.
Một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí ACS Applied Materials & Interfaces đã tiết lộ một cách tái chế chất thải sinh học đầy bất ngờ. Các kỹ sư hóa học tại Đại học Yeungnam (Hàn Quốc) đã thử nghiệm sử dụng mỡ gà để chế tạo siêu tụ điện - một thiết bị lưu trữ năng lượng tiên tiến.
Quá trình này bắt đầu bằng việc nhóm nghiên cứu sử dụng súng phun lửa để tách mỡ từ thịt gà sống, tạo thành một loại dầu dễ cháy. Sau đó, họ đốt dầu này bằng bấc, tương tự như cách hoạt động của một chiếc đèn dầu. Muội than sinh ra từ quá trình đốt cháy được thu thập từ mặt dưới của một bình chứa treo phía trên ngọn lửa.
Khi phân tích muội than dưới kính hiển vi điện tử, nhóm nghiên cứu phát hiện ra các cấu trúc nano carbon (CNOs). Những hạt nano này có hình cầu đồng nhất, với nhiều vòng graphit đồng tâm xếp chồng lên nhau giống như các lớp vỏ hành tây. Để tăng khả năng dẫn điện, các nhà khoa học tiếp tục xử lý vật liệu này bằng dung dịch thiourea, giúp cải thiện hiệu suất của chúng trong ứng dụng lưu trữ năng lượng.
Sau khi tinh chỉnh vật liệu CNOs từ mỡ gà, nhóm nghiên cứu sử dụng chúng để chế tạo cực âm cho một loại siêu tụ điện bất đối xứng. Loại siêu tụ này thường được dùng để lưu trữ và cung cấp năng lượng nhanh chóng trong nhiều hệ thống như tàu hỏa, thang máy, xe hybrid và xe điện. Đặc biệt, chúng rất hiệu quả trong công nghệ phanh tái sinh - hệ thống giúp chuyển hóa động năng từ quá trình phanh thành năng lượng có thể tái sử dụng.
Để kiểm tra hiệu quả thực tế, nhóm nghiên cứu đã kết nối hai siêu tụ điện làm từ chất thải mỡ gà và thành công trong việc cấp nguồn cho đèn LED đỏ, xanh lá và xanh dương. Kết quả thử nghiệm cho thấy loại siêu tụ điện này có độ bền cao, dung lượng lưu trữ tốt và công suất mạnh mẽ.
Cụ thể, chúng đạt mật độ năng lượng 32,8 Wh/kg, đây là mức khá ấn tượng so với pin xe điện Tesla (254 Wh/kg) và các siêu tụ điện thương mại cao cấp nhất hiện nay (47 Wh/kg). Hơn nữa, sau 5.000 chu kỳ sạc-xả, thiết bị vẫn giữ được 97% dung lượng ban đầu, chứng minh tính ổn định và độ bền đáng kể.
Các nhà nghiên cứu tin rằng phát hiện này mở ra hướng đi mới trong việc tái chế chất thải sinh học thành nguồn năng lượng sạch và bền vững hơn. Nếu công nghệ này được áp dụng rộng rãi, nó có thể giúp sản xuất các thiết bị lưu trữ năng lượng chi phí thấp, góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng xanh.
