Công nghệ mới: Dựa vào sự dao động nhiệt để tạo ra điện


Thiết bị được gọi là bộ cộng hưởng nhiệt, không cần ánh sáng mặt trời, pin hoặc phụ thuộc vào gió, thay vào đó nó dựa vào sự dao động nhiệt độ để tạo ra năng lượng.
 
Theo nhóm nghiên cứu, đây là một nguồn năng lượng chưa từng được sử dụng, không cần ánh sáng mặt trời, pin hoặc gió, mà chỉ dựa vào sự dao động nhiệt độ và có thể phát điện ra khỏi khí quyển.
 
Nhiệt độ xung quanh chúng ta thay đổi liên tục trong mọi lúc và dựa vào đây các nhà khoa học đã nảy ra một ý tưởng tuyệt vời. Họ đã tạo ra một thiết bị có thể chuyển đổi những dao động này thành điện để cung cấp cho các cảm biến, thiết bị truyền thông.
 
Việc thu thập năng lượng được thực hiện thông qua một thiết bị gọi là bộ cộng hưởng nhiệt. Đây là một chiếc máy có khả năng hút nhiệt ở một bên và phát nhiệt ra mặt bên kia. Khi cả hai mặt đạt được sự cân bằng, chúng có thể hút năng lượng dựa vào quy trình nhiệt điện.
 
Michael Strano, giáo sư về kỹ thuật hóa học tại MIT, cho biết: "Vật liệu cho một hệ thống như vậy cần phải dễ dàng bắt nhiệt từ môi trường xung quanh, nhanh chóng lưu trữ và phân phối nhiệt qua vật liệu, là sự kết hợp của dẫn nhiệt và công suất nhiệt.

Chúng tôi đã xây dựng bộ cộng hưởng nhiệt đầu tiên trên vải, sau đó là gốm sứ, và cuối cùng là tự nghiên cứu ra "bọt xốp kim loại", một dạng vật liệu bao gồm niken hoặc đồng, phủ graphene, vừa dẫn nhiệt tốt hơn lại có khả năng chịu nhiệt cao.

Bọt xốp sau đó sẽ truyền năng lượng qua octadecane nhằm biến đổi thành chất rắn và chất lỏng trong một dải nhiệt độ cụ thể."

Anton Cottrill, cựu sinh viên MIT, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: "Hệ thống thu thập nhiệt truyền từ bên ngoài, chuyển hóa nhiệt bên trong để đạt trạng thái cân bằng và phát ra môi trường nhờ sự kết hợp của bọt xốp kim loại, graphene và octadecane đã làm cho nó có khả năng trao đổi nhiệt năng cao nhất từ trước đến nay."

Theo nhóm nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Massachusetts, bộ cộng hưởng nhiệt mới này có thể cung cấp năng lượng cho các cảm biến từ xa hay bất kỳ thiết bị không nối lưới nào trong nhiều năm liền - chỉ bằng cách sử dụng các dao động nhiệt độ. Cơ chế này giống như sự lên xuống nhiệt độ giữa ngày và đêm.


Thiết bị tạo ra năng lượng từ không khí

Ông Michael Strano - một trong những nhà nghiên cứu cho biết: "Chúng tôi đã nghĩ ra một ý tưởng dường như không tưởng. Đó là tạo ra bộ cộng hưởng nhiệt đầu tiên. Đây là thiết bị mà chúng ta có thể ngồi lên và lấy năng lượng từ thinh không. Trong suốt thời gian này, các biến động về nhiệt độ với tất cả các tần số khác nhau luôn bao quanh chúng ta”.

Trước đây nhiều nhà khoa học đã cố gắng tạo ra năng lượng từ sự thay đổi nhiệt độ thông qua nhiều kỹ thuật khác nhau như hỏa điện. Nhưng phát minh mới này hiệu quả hơn những thiết bị trước ở chỗ: nó có thể được điều chỉnh để thích nghi với các giai đoạn biến đổi nhiệt độ.

Nhóm nhà khoa học đã thật sự tạo được một bước tiến khi kết hợp các vật liệu để sử dụng cho máy cộng hưởng nhiệt: bọt kim loại, graphene và một loại sáp đặc biệt gọi là octadecane. Chất này có khả năng biến đổi thành chất rắn hoặc chất lỏng khi nhiệt độ tăng hay giảm (một cách chính xác thì đây là vật liệu thay đổi theo pha).

Điều này có thể giúp thiết bị mới tiết kiệm năng lượng một cách tối ưu. Nó có sự kết hợp giữa tính dẫn nhiệt (tốc độ mà nhiệt truyền qua vật liệu) và công suất nhiệt (lượng nhiệt có thể được chứa trong vật liệu). Thông thường, các vật liệu có khả năng dẫn nhiệt cao thì lại có sức chứa thấp và ngược lại.


Các nhà khoa học thử nghiệm thiết bị mới

Các nhà khoa học đã tiến hành kiểm tra thiết bị với sự chênh lệch nhiệt độ giữa ban ngày với ban đêm là 10 độ C. Và họ nhận thấy chỉ một mẫu vật liệu nhỏ có thể tạo ra hiệu điện thế là 350 millivolts và công suất điện năng là 1,3 miliwatt. Nguồn năng lượng này đủ để cho các cảm biến nhỏ hoặc các hệ thống truyền thông hoạt động mà không cần pin hay bất kì nguồn năng lượng nào khác.

Hơn nữa, bộ cộng hưởng nhiệt có thể hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, thậm chí trong bóng mát, miễn là có những thay đổi về nhiệt độ xung quanh. Nó thậm chí có thể được lắp đặt bên dưới các tấm pin mặt trời để thu nhiệt - các nhà sản xuất cho biết.

Bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu muốn thử nghiệm nó trên các loại dao động nhiệt độ khác: ví dụ như chu trình bật tắt của chiếc tủ lạnh hay máy móc trong các nhà máy công nghiệp. Một ứng dụng tiềm năng nữa của nó đó là làm hệ thống dự phòng để phát điện khi nguồn năng lượng chính dừng hoạt động.

Thậm chí, loại công nghệ mới này còn có thể sử dụng cho các tên lửa hành trình, và chúng sẽ được nạp pin thường xuyên dựa vào chu trình giữa ngày và đêm. Tuy thiết bị không sản sinh ra nhiều năng lượng như các loại pin và lưới điện hiện hành nhưng nó có thể được ứng dụng trong nhiều tình huống khác nhau.

Nhờ nghiên cứu mới này chúng ta mới biết một thứ tưởng chừng quá đỗi quen thuộc như không khí xung quanh có thể tạo ra năng lượng. Dựa vào đây, các nhà khoa học cũng có thể tiến hành thêm nhiều nghiên cứu về những địa điểm có sự dao động nhiệt độ tối ưu. Nghiên cứu này đã được xuất bản trong tạp chí Nature Communications và được tài trợ bởi Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah của Ả Rập Saudi (KAUST). KAUST hy vọng sẽ sử dụng hệ thống này để cấp nguồn cho mạng lưới các cảm biến theo dõi điều kiện tại các mỏ khoan dầu và khí đốt.
 
Hoài Nam (Nguồn: Khám phá, tuổi trẻ online)


Tags
Tiêu điểm
Top