Nhận thấy hạn chế của máy điện châm sử dụng pin truyền thống từ than chì, lithium, nhóm sinh viên Trường ĐH Bách Khoa ĐHQG-HCM và Trường ĐH KHXH&NV ĐHQG-HCM đã chế tạo siêu tụ điện từ vỏ sầu riêng - giải pháp lưu trữ năng lượng “xanh” và ổn định hơn.
Đây là một trong 13 sáng kiến xuất sắc được nhận tài trợ của cuộc thi Sáng kiến thanh niên về chuyển đổi năng lượng và đảm bảo công bằng xã hội năm 2024, do nhóm AeroCon, gồm Bùi Đặng Đăng Khoa, Chế Quang Công, Lê Hoàng Long, Nguyễn Thị Mỹ Ngọc (Trường ĐH Bách Khoa) và Phạm Nguyễn Đăng Tuyên (Trường ĐH KHXH&NV) thực hiện.
Độ ổn định cao hơn
Trong một lần tham gia hội thảo khoa học, trưởng nhóm Đăng Khoa có dịp trò chuyện với ThS.BS Nguyễn Hữu Đức Minh (giảng viên Trường ĐH Y Dược TP.HCM) và biết được vấn đề mà nhiều bác sĩ y học cổ truyền gặp phải là máy điện châm lưu động truyền xung điện không ổn định. Nguyên nhân là do thiết bị này dùng nguồn điện từ pin, mà pin thì có “tuổi thọ” ngắn, càng dùng thì dòng điện càng yếu. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến quá trình hỗ trợ bệnh nhân mà còn thải ra môi trường lượng lớn pin đã qua sử dụng.
“Để cải thiện tính ổn định của nguồn điện trong máy điện châm cũng như giảm thiểu việc sử dụng pin truyền thống, tụi mình muốn tạo ra siêu tụ điện từ nguồn nguyên liệu có thể tái tạo và hạn chế gây ô nhiễm môi trường” - Đăng Khoa chia sẻ.
Cùng lúc đó, Khoa đang tham gia một dự án nghiên cứu về vỏ sầu riêng. Theo Khoa, vỏ trắng sầu riêng có cấu trúc xốp tự nhiên nên có khả năng khuếch tán điện tử và đẩy mạnh quá trình dẫn truyền ion trong dung dịch điện ly khá tốt. Do đó, vỏ sầu riêng phù hợp để tạo ra carbon aerogel - vật liệu nền tảng trong việc chế tạo siêu tụ điện.
Sau khi có ý tưởng ban đầu, từ tháng 1/2023, Đăng Khoa, Quang Công và Hoàng Long chuẩn bị hồ sơ để xin hỗ trợ chi phí từ Trường ĐH Bách Khoa và nhận được tài trợ 20 triệu đồng. Nhận thấy đây là hướng nghiên cứu có tính ứng dụng cao nên nhóm đã mời Mỹ Ngọc và Đăng Tuyên tham gia. Trong khi ba nam sinh đảm nhận phần nghiên cứu thì Ngọc và Tuyên chịu trách nhiệm truyền thông cho dự án.
Về quy trình sản xuất, Khoa cho biết vỏ trắng sầu riêng sau khi tách sẽ được cắt thành các khối có kích thước 4x4x1(mm), rửa sạch bằng nước cất và bảo quản trong tủ đá, trải qua các bước thủy nhiệt, sấy thăng hoa và nhiệt phân, thu được carbon aerogel. Sau đó, nhóm phủ vật liệu này lên vỏ pin lithium để hoàn thiện siêu tụ điện rồi lắp vào máy điện châm. Nhóm mang đi đo điện hóa và thu được kết quả điện dung 200 F/g, mật độ năng lượng là 10 Wh/kg, ổn định qua 10.000 chu kỳ.
Hoàng Long cho biết “Kết quả phân tích chứng minh hiệu suất của siêu tụ mới tương đồng với những sản phẩm pin trên thị trường. Tuy nhiên, độ ổn định của siêu tụ mới cao hơn, có thể sử dụng thời gian dài mà không bị nóng máy”.
Ngoài ra, vì không sử dụng hóa chất nên quy trình tạo ra carbon aerogel từ vỏ sầu riêng của nhóm khá đơn giản, giúp rút ngắn thời gian và hạn chế ảnh hưởng môi trường.
“Khác với hầu hết các loại pin trên thị trường được làm từ nhiên liệu hóa thạch như than đá, than chì, nhóm sử dụng nguồn sinh khối là vỏ sầu riêng - ‘xanh’ và bền vững hơn nhờ nguồn cung sầu riêng lớn tại Đồng bằng sông Cửu Long. Sau khi sử dụng, siêu tụ điện của nhóm còn có thể làm phân bón cho cây” - Đăng Khoa hào hứng kể.
Hướng đến ứng dụng sản phẩm vào thực tế
Theo Đăng Khoa, khó khăn lớn nhất trong quá trình nghiên cứu chính là chi phí thực hiện. Các phương pháp sấy thăng hoa, nhiệt phân đòi hỏi sử dụng thiết bị tiên tiến nên chi phí vận hành khá tốn kém.
Để có thêm chi phí nghiên cứu, nhóm đã tham gia cuộc thi Sáng kiến thanh niên về chuyển đổi năng lượng và đảm bảo công bằng xã hội vào tháng 1/2024. Nhóm cho biết ban giám khảo đánh giá cao tính thực tiễn, độ khả thi cũng như tiềm năng phát triển của dự án. Không chỉ ở Việt Nam, dự án này có thể nhân rộng ra khu vực Đông Nam Á. Nhờ vậy, nghiên cứu chế tạo siêu tụ điện từ vỏ sầu riêng đã lọt tốp 13 sáng kiến xuất sắc của cuộc thi và được đầu tư 50 triệu đồng để phát triển sản phẩm.
“Không chỉ vậy, tụi mình còn có cơ hội kết nối với các chuyên gia của Green Youth Labs và được góp ý rất nhiều về mảng truyền thông, cách dự toán kinh phí và viết đề cương dự án sao cho chi tiết, logic” - Khoa bày tỏ.
Carbon aerogel là một vật liệu đầy tiềm năng trong nhiều lĩnh vực như hấp phụ, cảm biến… Hiện tại, nhóm tập trung vào mảng lưu trữ năng lượng, cụ thể là chế tạo siêu tụ điện ứng dụng trong thiết bị điện châm. Sau khi hoàn thiện, nhóm dự định xin cấp phép thử nghiệm lâm sàng từ hội đồng Y Đức của Bệnh viện Phục hồi chức năng - Điều trị bệnh nghề nghiệp nhằm đánh giá độ an toàn và hiệu quả thực tế của sản phẩm.
Trong quá trình đó, nhóm sẽ tiếp tục đem dự án đến các hội nghị, cuộc thi để nhận được lời khuyên từ các chuyên gia ở nhiều lĩnh vực. Gần nhất là Hội nghị quốc tế về kỹ thuật Y sinh tại Phan Thiết vào tháng 7 tới.
Khoa giải thích: “Bên cạnh các góp ý giúp cải tiến sản phẩm, các chuyên gia còn giúp tụi mình có góc nhìn thiết thực hơn về những rào cản liên quan đến chính sách, kinh tế và kỹ thuật hiện nay. Điều này vô cùng quan trọng vì nhóm muốn triển khai sản phẩm vào thực tế. Ví dụ, nếu không thể sản xuất ở nước ta, tụi mình sẽ tìm một đơn vị sản xuất ở nước ngoài như Trung Quốc hay Đài Loan”.
Đồng hành với nhóm từ những ngày đầu, ThS.BS Nguyễn Hữu Đức Minh cho biết nhóm có tinh thần làm việc rất chủ động và kỷ luật. Anh cũng đánh giá cao tính ứng dụng của vật liệu carbon aerogel làm từ vỏ sầu riêng.
“Trong ngành Y tế, có rất nhiều thiết bị sử dụng nguồn điện từ pin. Do đó, giải pháp thay thế pin bằng siêu tụ điện từ vỏ sầu riêng của nhóm có thể ứng dụng vào nhiều thiết bị y tế khác như máy điện châm, máy xoa bóp… Không chỉ giúp ích cho quá trình hỗ trợ bệnh nhân, dự án này còn tạo ra một mô hình kinh tế tuần hoàn, giảm thiểu rác thải ra môi trường” - ThS.BS Đức Minh chia sẻ.
THU TRANG
Hãy là người bình luận đầu tiên