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

Hãy tưởng tượng nếu quần áo có thể điều chỉnh để toả ra đủ nhiệt lượng để giữ cơ thể ấm áp theo yêu cầu. Hoặc chiếc kính chắn gió xe ô tô có thể thu và dự trữ năng lượng mặt trời, sau đó dùng năng lượng đó để làm tan băng 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 ra nhờ 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 được yêu cầu. Các tấm film polymer trong suốt này có thể được tích hợp trên 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 ứng một nửa thời gian chúng ta cần. Nếu muốn mặt trời là nguồn cung cấp năng lượng chính cho các nhu cầu của con người trong tương lai thì phải có một cách hiệu quả để lưu trữ nguồn năng lượng này để sử dụng vào ban đêm và những dịp không có ánh mặt trời khác. Hầu hết các nỗ lực hiện nay đang tập trung vào việc lưu trữ và phục hồi năng lượng mặt trời ở dạng điện năng, nhưng phương pháp mới có thể lưu trữ năng lượng mặt trời bằng các phản ứng hoá học.

Phát hiện này được giáo sư Jeffrey Grossman, tiến sĩ David Zhitomirsky và sinh viên Eugene Cho mô tả trong một bài báo trên tạp chí Advanced 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 ở hai trạng thái khác nhau. Khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, năng lượng ánh sáng kích hoạt phân tử đi vào trạng thái "sạc" và duy trì trạng thái đó trong thời gian dài. Sau đó khi cần thiết, các phân tử này sẽ được kích hoạt bởi một mức nhiệt độ nhất định hoặc bằng các cách kích thích khác để trở lại trạng thái nguyên thuỷ, tỏa ra nhiệt lượng trong suốt quá trình này.

Vật liệu lưu trữ năng lượng dạng hóa học trên được 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 này mở ra một chân trời thú vị cho việc lưu 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 cho tấm film có khả năng trữ nhiệt hiệu quả nhất, đồng thời khiến nó có thể được sản xuất dễ dàng và có độ tin cậy cao, nhóm nghiên cứu đã bắt đầu với các vật liệu được gọi là azobenzenes có khá năng thay đổi trạng thái phân tử khi gặp ánh sáng. Azobenzenes sau đó có thể được kích hoạt bởi một xung nhiệt nhỏ để trở lại trạng thái ban đầu và giải phóng nhiệt năng. Các nhà nghiên cứu đã thực hiện một số chỉnh sửa để khiến nó lưu trữ nhiều năng lượng hơn trên cùng một diện tích.

"Việc sản xuất vật liệu mới này rất đơn giản và có nhiều khả năng mở rộng." Eugene Cho thuộc nhóm nghiên cứu cho 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 thể rất hữu ích trong 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 nhiệt trong suốt dán 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 - rất quan 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 làm này 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."  Sargent cho biết.

Tham khảo MIT