Vật liệu mới này sẽ biến bạn thành một cục pin mặt trời đúng nghĩa

Hãy tưởng tượng một vật liệu có thể thu năng lượng mặt trời, lưu trữ trong thời gian dài và toả ra nhiệt năng nếu được yêu cầu.

Hãy tưởng tượng nếu quần áo có thểđiều chỉnh để toả rađủ nhiệt lượng để giữcơ thểấm áptheo yêu cầu. Hoặcchiếckính chắn gió xe ô tôcó thể thu và dự trữnăng lượng mặt trời, sau đó dùng năng lượng đó để làm tanbăng bám trên kính vào mùa đông.

Theo một nhóm các nhà nghiên cứu tại Viện công nghệ Massachusetts (MIT),cả hai trường hợp trên đều có thể xảy ranhờ vào một loại vật liệu mới có thể lưu trữ năng lượng mặt trời vào ban ngày để có thể toả ra theo dạng nhiệt năng nếu đượcyêu cầu. Các tấm film polymer trong suốt này có thể đượctích hợptrên nhiều chất liệu khác nhau, chẳng hạn như kính hoặc quần áo.

Pin năng lượng mặt trời hiện tại.

Mặc dù mặt trời là một nguồn năng lượng gần như vô tận, nó chỉ đáp ứngmột nửa thời gian chúng ta cần.Nếumuốn mặt trời là nguồncung cấp năng lượng chính cho các nhu cầu của con người trong tương laithì phải cómột cách hiệu quả để lưu trữ nguồn năng lượng này để sử dụng vào ban đêm vànhững dịp không có ánh mặt trời khác. Hầu hếtcácnỗ lực hiện nay đang tập trung vào việc lưu trữ và phục hồi năng lượng mặt trời ở dạng điện năng, nhưngphương pháp mới có thểlưu trữ năng lượng mặt trời bằng các phản ứng hoá học.

Phát hiện nàyđượcgiáo sư Jeffrey Grossman, tiến sĩ David Zhitomirsky và sinh viên Eugene Cho mô tả trong một bài báo trên tạp chíAdvanced Energy Materials.Mấu chốt để trữ năng lượng mặt trời một cách ổn định và lâu bền nhờ vào việc biến nó thành một dạng phản ứng hoá học. Với phương pháp lưu trữ năng lượng mặt trời như các cách làm hiện nay thì năng lượng đó sẽ dần mất đi theo thời gian,nhưng cách làm của các nhà khoa học trên có thể giữ nguồn năng lượng đó vô hạn trong các phân tử lưu nhiệt và toả ra nguồn năng lượng ấy nếu được kích hoạt bằng ánh sáng hoặc điện.

Phân tử hai trạng thái

Điều quan trọng trong quá trình này là khiến phân tử lưu trữ nhiệt có thể duy trì trạng thái ổn định ởhai trạng thái khác nhau. Khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, năng lượng ánh sángkích hoạtphân tử đi vàotrạng thái “sạc”vàduy trì trạng thái đótrong thời gian dài. Sau đó khi cần thiết, các phân tử này sẽ được kích hoạt bởi một mức nhiệt độnhất định hoặc bằng các cáchkích thích khácđể trở lại trạng thái nguyên thuỷ, tỏa ranhiệt lượngtrong suốt quá trình này.

Vật liệulưu trữ năng lượng dạng hóa họctrênđược gọi là nhiên liệu nhiệt năng lượng mặt trời (STF -solar thermal fuels) đã được phát triển trong quá khứ. Nhưng nó không thành công vì năng lượng này được lưu trữ trong trạng thái lỏng. Phương pháp mới này đã cải tiến nó thành vật liệu rắn – cụ thể là dưới dạng film polymer thông dụng và ít tốn kém.

“Công trình nghiên cứ nàymở ra một chân trờithú vị cho việclưu trữ năng lượng.” Ted Sargent, giáo sư đại học tại trường Đại học Toronto, người không tham gia vào nghiên cứu này cho biết.

Để làm chotấm filmcó khả năng trữnhiệt hiệu quả nhất, đồng thời khiếnnó có thể được sản xuất dễ dàng và có độ tin cậy cao,nhóm nghiên cứuđã bắt đầu với các vật liệu được gọi là azobenzenescó khá năngthay đổitrạng tháiphân tử khi gặp ánh sáng.Azobenzenes sau đó có thể được kíchhoạtbởi một xung nhiệt nhỏ để trở lạitrạng tháiban đầu và giải phóng nhiệt năng. Các nhà nghiên cứu đãthực hiện một số chỉnh sửa đểkhiến nó lưu trữ nhiều năng lượng hơn trên cùng một diện tích.

“Việc sản xuất vật liệu mới này rất đơn giản vàcó nhiềukhả năng mở rộng.” Eugene Cho thuộc nhóm nghiên cứucho biết.

Ứng dụng làm tan băng trên kinh chắn gió xe ô tô

Sản phẩm hiện tại của nhóm nghiên cứu là tấm film có độ trong suốt cao, có thểrấthữu íchtrong việc làm tan bằng trên kính chắn gió của xe ô tô. Trong khi hiện nay nhiều chiếc xe đã có hệ thống làm tan băng ở cửa kính sau bằng hệ thống ống kim loại, bất cứ thứ gì chắn tầm nhìn của kính chắn gió trước đều vị phạm pháp luật.Cho nên tấm film lưu nhiệttrong suốtdán lên kính sẽ là sáng kiến hoàn hảo trong việc làm tan băng và nó có thể là tấm film bảo vệ người ngồi trong xe khỏi những mảnh vụn nếu kính bị vỡ. Công ty ô tô Đức BMW – một nhà tài trợ của nghiên cứu -rấtquan tâm đến ứng dụng này của tấm film. Các thử nghiệm ban đầu cho thấy nguồn nhiệt lượng toả ra từ tấm film đủ để làm tan lớp băng trên tấm kính.

Tuy nhiên nhóm nghiên cứu vẫn đang tiếp tục phát triển sản phẩm vì hiện tại lớp film này vẫn còn hơi bị ám vàng. Nó có thể toả ra nhiệt lượng cao hơn 10 độ C so với nhiệt độ xung quanh nhưng nhóm cho biết họ đang nhắm đến con số 20 độ C. Các hệ thống làm tan băng hiện tại trên ô tô sử dụng quá nhiều nhiệt lượng dư thừa và không có hiệu quả về năng lượng cho lắm.

“Việc làmnày thật sáng tạo và độc đáo, nó là một bước tiến lớn đối với vật liệu lưu trữ năng lượng trạng thái rắn từ ở phương diện khoa học và kỹ thuật.“Sargentcho biết.

Tham khảo MIT

Nguồn: GenK