※ Ảnh minh họa nguyên lý của phương thức thu năng lượng mới (Nguồn: MIT)
Các nhà nghiên cứu tại MIT và Stanford đã tìm ra phương pháp mới để chuyển đổi nhiệt hao phí thành điện năng, đặc biệt trong các trường hợp có chênh lệch nhiệt thấp, dưới 100 độ C (180 độ F). Công nghệ này sử dụng các vật liệu có sẵn, và có thể được ứng dụng để tái chế lượng lớn nhiệt hao phí phát sinh trong các ngành công nghiệp hay nhà máy điện.
Theo Cục Bảo Vệ Môi Trường Mỹ (US Environment Protection Agency-EPA), một phần ba năng lượng công nghiệp tiêu thụ bị tiêu phí dưới dạng nhiệt năng. Nếu chúng ta có thể thu thập lại, dù chỉ một phần nhỏ trong số đó, cũng đủ để giảm năng lượng tiêu thụ xuống một cách đáng kể.
Và các nhà khoa học đã lựa chọn giải pháp sử dụng vật liệu nhiệt điện, là loại vật liệu có thể tạo ra điện năng khi có chênh lệch nhiệt độ. Tuy nhiên, với cách tiếp cận này vẫn có hai vấn đề họ cần phải đối mặt: đầu tiên, những vật liệu này đều làm từ các vật liệu quý hiếm. Chúng khá đắt và không thể mở rộng lên tầm ứng dụng công nghiệp được. Và thứ hai, khi năng lượng nhiệt chỉ cao hơn nhiệt độ môi trường khoảng mười độ, ở mức độ thông thường, hiệu suất của vật liệu nhiệt điện chỉ đạt khoảng 0.5%.
Các nhà nghiên cứu tại MIT và Stanford, dẫn đầu bởi Giáo Sư Gang Chen đã đưa ra một phương pháp thay thế khác, sử dụng các ưu điểm của hiệu ứng thermogalvanic (tạm dịch mạ điện nhiệt), mô tả về mối quan hệ đặc biệt giữa nhiệt độ của pin và hiệu điện thế mà tại đó chúng có thể được sạc hiệu quả nhất.
Các nhà khoa học đã xây dựng một hệ thống cho phép sử dụng nhiệt hao phí để làm tăng nhiệt độ của pin. Nhờ vào hiệu ứng thermogalvanic, pin sẽ được nạp điện ở hiệu điện thế thấp hơn mức cần thiết thông thường. Sau đó, pin sẽ được làm lanh. Nhiệt độ thấp cho phép pin có thể phóng điện ở hiệu điện thế cao hơn, giải phóng nhiều năng lượng hơn lượng điện năng được nạp vào chúng. Sự chênh lệnh về năng lượng này đạt được là nhờ nhiệt hao phí.
Ý tưởng ứng dụng hiệu ứng thermogalvanic để tạo ra điện năng đã được đề xuất từ những năm 50. Tại thời điểm đó, công nghệ có thể đạt hiệu suất đến 50% theo định lý Carnot (Carnot Theorem).
So sánh với các hệ thống hiện tại, Chen và các đồng nghiệp đã có thể thu năng lượng điện tại chênh lệch nhiệt độ thấp với hiệu suất tương đối cao ( khoảng 5.7% với chênh lệch nhiệt độ 50 độ C), và sử dụng vật liệu khá thông thường, như kim loại đồng. Điều đó giúp cho hệ thống dễ dàng được mở rộng hơn. Cuối cùng, hệ thống của họ có thể dễ dàng được chết tạo, và thích hợp với các dây chuyền sản xuất sẵn có trong ngành công nghiệp pin.
Các nhà nghiên cứu sẽ tiếp tục giải quyết những thử thách còn tồn đọng, đó là: mật độ năng lượng thấp chỉ 1.2W/kg so với vật liệu nhiệt điện, thời gian tái hồi pin cần đếnkhoảng một giờ, và yêu cầu được thử nghiệm thêm để chắc chắn vòng đời hoạt động ổn định của sản phẩm.
Một công bố chính thức mô tả kết quả nghiên cứu đã được đăng trên tạp chí Nature Communications.
Biên dịch: Trungmaster, theo Gizmag
Link công bố:
