Thông thường, khi muốn tích điện, người ta thường sử dụng pin hoặc ắc quy. Các nguồn điện hóa trên rất phổ biến, nhưng có nhược điểm chung là dung lượng hạn chế, các sản phẩm phế thải sau sử dụng gây ô nhiễm môi trường, nhất là ắc quy chì. Hơn nữa, thời gian nạp điện của ắc quy thường phải mất nhiều giờ.

Ảnh minh họa

Công nghệ vật liệu na-nô ngày nay cho phép khắc phục những nhược điểm trên. Các nhà khoa học-công nghệ đã chế tạo được những siêu tụ điện có điện dung tới 5000 fa-ra, cao hơn điện dung của các tụ điện thông thường tới hàng tỷ lần, trong khi thời gian nạp chỉ khoảng 10 giây. Siêu tụ điện với công nghệ mới mở ra triển vọng ứng dụng rất to lớn.

Các nhà khoa học phát hiện ra siêu tụ điện từ năm 1957, khi họ sử dụng than hoạt tính để chế tạo điện cực, nhưng khi đó người ta chưa giải thích được cơ chế hoạt động, nên phải ngừng phát triển theo hướng này. Năm 1966, siêu tụ điện được phát hiện và nghiên cứu trở lại khi các kỹ sư của một công ty dầu mỏ ở bang Ô-hai-ô (Mỹ) nghiên cứu phát triển pin nhiên liệu. Họ sử dụng hai lớp than hoạt tính được phân cách bằng chất cách điện xốp, nhưng sau đó cũng không thành công trong việc thương mại hóa siêu tụ điện. Từ năm 1990, nhờ sự phát triển của công nghệ tiên tiến-công nghệ na-nô, các sản phẩm siêu tụ điện đã được phát triển, tiêu thụ trên thị trường với doanh thu lên đến 400 triệu USD vào năm 2005. Đặc biệt trong lĩnh vực chế tạo nguồn điện cho ô tô, siêu tụ điện đã có bước tiến đáng kể.

Tụ điện là hai bản kim loại phân cách giữa chúng là chất điện môi. Để tăng điện dung, cần chế tạo tụ điện có diện tích bản cực lớn, bằng cách sử dụng nhiều lá nhôm mỏng quấn lại hoặc giảm khoảng cách giữa hai bản cực. Tuy nhiên, khi giảm khoảng cách thì điện áp định mức của tụ điện cũng giảm đi. Trong tụ điện, truyền thống, năng lượng được tích lũy bởi hạt mang điện là các nguyên tử và tạo nên điện áp giữa hai bản cực. Trong siêu tụ điện mỗi lớp gần như vật dẫn chỉ chịu được điện áp thấp. Để chịu được điện, áp cao, chúng cần được ghép nối tiếp với nhau và để tăng mật độ năng lượng tích lũy, cần sử dụng vật liệu xốp cỡ na-nô.

Ắc quy hoạt động dựa theo nguyên lý điện hóa do đó tốc độ phóng nạp của nó tương đối chậm (nạp ắc quy cần khoảng 8 giờ). Các siêu tụ điện cho phép nạp đầy chỉ trong 10 giây, phóng nạp nhiều lần (hàng vạn lần) so với từ 200 đến 1000 lần của ắc-quy, tuổi thọ cao (trên 10 năm).

Siêu tụ điện đã được thử nghiệm làm nguồn điện trong phương tiện giao thông. Tại Trung Quốc và Liên bang Đức đã thử nghiệm các tuyến xe buýt và đường sắt nhẹ chạy điện sử dụng siêu tụ điện, có khả năng nạp đầy khi đỗ tại bến lấy khách. Cùng với sự phát triển của công nghệ na-nô, các nhà khoa học cho rằng, thời gian tới, siêu tụ điện có tương lai đầy hứa hẹn.

MINH ANH (sưu tầm)