Đột phá mới trong công nghệ tích trữ năng lượng mặt trời
KH CN
7/28/2015 9:43:05 AM |
|
|
Các nhà hóa học tại UCLA đã phát triển một công nghệ mới có khả năng tích trữ năng lượng mặt trời lên đến vài tuần - một tiến bộ có thể thay đổi cách thiết kế pin năng lượng mặt trời.
Vật liệu trong hầu hết các tấm pin mặt trời trên mái nhà hiện nay có thể tích trữ năng lượng mặt trời chỉ trong một vài micro giây trong khi công nghệ mới có khả năng tích trữ năng lượng mặt trời lên đến vài tuần. Thiết kế mới được lấy cảm hứng từ cách thực vật tạo ra năng lượng thông qua quang hợp.“Cây cối rất giỏi trong việc tạo ra năng lượng từ ánh sáng mặt trời, chúng làm việc này thông qua quang hợp với hiệu quả rất cao”, Sarah Tolbert, giáo sư hóa học thuộc Đại học UCLA và là một trong các tác giả chính của nghiên cứu cho biết. “Trong quang hợp, thực vật tiếp xúc với ánh sáng mặt trời bằng các cấu trúc nano được tổ chức một cách chặt chẽ trong các tế bào. Những cấu trúc này nhanh chóng tách các điện cực - kéo các điện tử ra khỏi các phân tử tích điện dương, tách riêng các điện tích dương và âm”, Tolbert nói. “Sự phân tách này là chìa khóa làm cho quá trình quang hợp hiệu quả”.
Để thu năng lượng từ ánh sáng mặt trời, pin năng lượng mặt trời trên mái nhà thông thường sử dụng silic, một loại vật liệu khá đắt. Hiện nay các nhà khoa học đang nỗ lực chế tạo pin năng lượng mặt trời chi phí thấp bằng cách sử dụng chất dẻo, chứ không phải bằng silic, nhưng pin năng lượng mặt trời bằng chất dẻo hiện nay kém hiệu quả, phần lớn do các điện tích dương và âm sau khi được tách ra thường kết hợp lại với nhau trước khi chúng biến thành điện năng.
“Pin năng lượng mặt trời bằng chất dẻo hiện đại không có cấu trúc rõ ràng như thực vật do trước đây chúng ta không biết cách tạo ra chúng”, Tolbert nói. “Nhưng hệ thống mới này kéo các điện cực và giữ cho chúng tách riêng trong nhiều ngày, hoặc thậm chí cả tuần. Một khi bạn tạo được các cấu trúc thích hợp, bạn có thể cải thiện rất nhiều việc tích trữ năng lượng”.
Hai thành phần làm cho hệ thống do UCLA phát triển hoạt động là phần cho bằng polymer và phần nhận bằng fullerene nano. Phần cho hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển các điện tử sang phần nhận fullerene; quá trình này tạo ra điện năng. Các chất dẻo sử dụng trong pin mặt trời, được gọi là quang điện hữu cơ, thường được tổ chức như một đĩa mì ống đã nấu chín - các sợi “spaghetti” polymer dài, mỏng và “thịt băm” fullerene, không có tổ chức. Nhưng sự sắp xếp này làm cho dòng điện khó thoát ra khỏi pin do các điện tử đôi khi nhảy trở lại sợi polymer và bị thất thoát.
Công nghệ của UCLA sắp xếp các thành phần này gọn gàng hơn - giống như các bó spaghetti chưa nấu với thịt viên được sắp đặt chính xác. Một số “thịt viên” fullerene được thiết kế để đặt vào bên trong các bó spaghetti, còn những fullerene khác được đặt ở bên ngoài. Các fullerene bên trong cấu trúc lấy các điện tử từ polyme và chuyển chúng vào các fullerene bên ngoài, do đó có thể giữ các điện tử ra khỏi polymer trong vài tuần.
“Do những điện cực không bao giờ quay trở lại với nhau, nên hệ thống hoạt động tốt hơn”, Benjamin Schwartz, giáo sư hóa học thuộc đại học UCLA và đồng tác giả chính của nghiên cứu cho biết. “Đây là lần đầu tiên điều này được thể hiện bằng cách sử dụng các vật liệu quang điện hữu cơ tổng hợp hiện đại”.
Trong hệ thống mới, các vật liệu tự lắp ráp chỉ bằng cách đặt chúng gần nhau. Thiết kế mới này cũng thân thiện môi trường hơn so với công nghệ hiện nay, bởi vì các vật liệu có thể lắp ráp trong nước thay vì các dung dịch hữu cơ độc hại hơn hiện đang được sử dụng rộng rãi.
Sau khi chế tạo được vật liệu, bạn có thể nhúng chúng vào trong nước và chúng sẽ lắp ráp thành các cấu trúc phù hợp, do cách vật liệu được thiết kế”, Schwartz nói. Các nhà nghiên cứu đang tìm cách để tích hợp công nghệ này vào pin năng lượng mặt trời thực tế.
Yves Rubin, giáo sư hóa học thuộc Đại học UCLA và đồng tác giả chính của nghiên cứu, dẫn đầu nhóm đã tạo ra các phân tử được thiết kế độc đáo này cho biết họ chưa có được các vật liệu này trong một thiết bị thực tế; tất cả mới chỉ là giải pháp. Ông cho biết: “Khi chúng tôi có thể ghép chúng lại với nhau và tạo ra một mạch kín, chúng tôi sẽ thực sự làm được một điều gì đó”. Mặc dù vậy, hiện nay các nhà nghiên cứu của UCLA đã chứng minh rằng vật liệu quang điện giá rẻ có thể được tổ chức theo cách cải thiện đáng kể khả năng giữ lại năng lượng từ ánh sáng mặt trời.
KT (nguồn: www.vista.gov.vn)
|
|