Sinh viên làm siêu tụ điện từ vỏ sầu riêng

Đăng Khoa và Hoàng Long đo điện hóa cho siêu tụ điện tại phòng thí nghiệm.

Tạo nguồn điện ổn định trong máy điện châm

Nhóm sinh viên Đăng Khoa, Chế Quang Công, Lê Hoàng Long, Nguyễn Thị Mỹ Ngọc và Phạm Nguyễn Đăng Tuyên, Trường Đại học Bách khoa và Trường Đại học KHXH&NV, Đại học Quốc gia TPHCM đã chế tạo siêu tụ điện từ vỏ sầu riêng - giải pháp lưu trữ năng lượng “xanh” và ổn định 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 Đại học Y Dược TPHCM) 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.

Máy điện châm là một trong loại thiết bị y tế vật lý trị liệu giúp phục hồi chức năng được ứng dụng phổ biến trong điều trị cơn đau mãn tính, các chứng bệnh về thần kinh, cơ bắp, xương khớp, tuần hoàn... Phương pháp điều trị điện châm sử dụng một dòng điện nhất định tác động lên các huyệt châm cứu để chữa bệnh.

Dòng điện có thể tác động lên huyệt qua kim châm hoặc qua điện cực nhỏ đặt lên da vùng huyệt. Đây là phương pháp kết hợp giữa y học cổ truyền (châm cứu) và y học hiện đại (dòng điện).

“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 Đại học 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.

Độ ổn định cao, dùng lâu không nóng máy

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, 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.

“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”, sinh viên Hoàng Long giải thích.

Nhờ những ưu điểm này, nghiên cứu đã lọt vào top 13 sáng kiến xuất sắc của cuộc thi Sáng kiến thanh niên về chuyển đổi năng lượng và đảm bảo công bằng xã hội năm 2024 và được đầu tư 50 triệu đồng để phát triển sản phẩm.

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. Một ưu điểm nữa, nhóm dễ dàng tìm thấy nguyên liệu nhờ nguồn cung sầu riêng lớn tại Đồng bằng sông Cửu Long.

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.

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.

Nhật Phong