Siêu vật liệu tạo năng lượng từ... nước mưa

Pin năng lượng Mặt trời là một bước tiến rất lớn và được coi như là một nguồn năng lượng tái tạo đáng tin cậy. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều tiềm năng chưa được khai thác về hiệu suất của các tế bào quang điện vào ban đêm và trong thời tiết khắc nghiệt. Giờ đây, một giải pháp mới đã được đưa ra nhằm tạo ra năng lượng từ những giọt nước mưa.

Chìa khóa cho phương pháp mới là graphene - loại vật liệu "kỳ quan" mà chúng ta đã nghe đến rất nhiều trong thời gian gần đây.

Bởi vì hạt nước mưa không được tạo thành từ nước tinh khiết, và bao gồm các loại muối khác nhau, chia thành các ion dương và âm, một nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Hải dương Trung Quốc ở Thanh đảo cho rằng, chúng ta có thể khai thác năng lượng từ chúng thông qua một phản ứng hóa học đơn giản.

Cụ thể, các nhà khoa học Trung Quốc muốn sử dụng những tấm graphene để tách các ion tích điện dương trong mưa (bao gồm natri, canxi và amoni) và từ đó tạo ra điện sử dụng.

Các thử nghiệm đầu tiên, sử dụng nước có vị mặn để mô phỏng mưa, đã cho thấy: Các nhà nghiên cứu có thể tạo ra hàng trăm microvolt và đạt được hiệu suất chuyển đổi khoảng 6,53% từ bảng điều khiển năng lượng Mặt trời tùy biến của họ.

Đối với các thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một màng mỏng tế bào năng lượng Mặt trời giá rẻ, được gọi là pin quang năng nhạy màu.

Sau khi thêm một lớp graphene, pin này được đặt trên một lớp bồi indium tin oxide và nhựa trong suốt.

Kết quả là "concept" pin năng lượng Mặt trời mọi thời tiết (all-weather) đã được tạo ra để sản xuất năng lượng từ cả ánh nắng Mặt trời và những hạt mưa.

Bạn sẽ thắc mắc là chuyện kỳ lạ gì đã xảy ra? Câu trả lời là ở đây, các ion tích điện dương được liên kết với lớp graphene siêu mỏng tạo thành một lớp kép (thường được gọi là một pseudoxapacitor) với các electrons đã hiện diện. Sự khác biệt điện thế giữa hai lớp là đủ để tạo ra một dòng điện mạnh.

Tuy nhiên, hiện tại các thí nghiệm vẫn chỉ nằm trong giai đoạn "nghiên cứu đề tài", do đó, còn rất nhiều việc phải làm. Nhưng các nhà nghiên cứu hy vọng, phát hiện của họ có thể "dẫn đường thiết kế" cho loại pin quang năng mọi thời tiết trong tương lai và góp phần vào ảnh hưởng ngày càng tăng của năng lượng tái tạo.

Họ đang nỗ lực điều chỉnh công nghệ để xử lý sự đang dạng của các ion được tìm thấy trong hạt mưa thực tế và tìm cách để tạo ra đủ điện.

Đây không phải là lần đầu tiên graphene được sử dụng để thúc đẩy công nghệ năng lượng Mặt trời.

Đầu năm nay, một nhóm nghiên cứu đến từ Anh đã tạo ra một loại vật liệu dựa trên graphene rất hiệu quả trong việc hấp thụ nhiệt độ môi trường và ánh sáng. Điều đó dẫn tới triển vọng về một tấm pin quang năng có thể dùng để hấp thụ ánh Mặt trời khuếch tán, như là ở trong nhà.

Nếu các nhà khoa học thành công với nghiên cứu này, trong tương lai, các tế bào quang điện có thể không bị cản trở bởi sự thiếu ánh nắng Mặt trời trực tiếp nữa.

Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí khoa học Angewandte Chemie.