Thiết bị giống lá phổi biến nước thành nhiên liệu sạch


Lá phổi của người vận chuyển không khí qua một lớp màng mỏng, chiết khí oxy và gửi nó đến mạch máu của chúng ta. Hiện nay một thiết bị sử dụng nguyên lý tương tự để cung cấp năng lượng cho những phản ứng dùng để tạo ra nhiên liệu hydro.

Yi Cui đến từ Đại học Stanford và các đồng nghiệp lên kế hoạch mô phỏng lá phổi của người để gia tăng hiệu suất của chất điện xúc tác, các vật liệu làm tăng tỉ lệ của phản ứng hóa học dùng để sản xuất khí hydro bằng cách tách nước.
 

Mô phỏng hoạt động của thiết bị “lá phổi” chuyển nước thành nhiên liệu
 
Cải thiện quá trình này có thể tạo ra những pin nhiên liệu tốt hơn, được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các phương tiện chạy bằng hydro và một ngày nào đó có thể sử dụng để cung cấp năng lượng cho mọi thứ từ điện thoại di động cho tới những thiết bị khác trong thành phố.

Cui và đội của mình đã tạo ra một tấm phim nhựa dày 12 nanomet với các lỗ tí hon ở một mặt để đẩy nước. Mặt còn lại được phủ bằng các hạt nano vàng và platinum tham gia vào các phản ứng hóa học. Sau đó họ cuộn tấm phim và bịt kín các cạnh để tạo thành một cái túi nhỏ với lớp kim loại ở bên trong.
 

Thiết bị mô phỏng hệ hô hấp con người


Chúng ta thường xuyên hít vào và thở ra, tuy nhiên để hiểu rõ về “hoạt động 2 chiều” của hệ hô hấp thì tương đối phức tạp. Không khí khi được hít vào bên trong phổi, sẽ đi qua một lớp màng mỏng để tách lấy ô xy, chuyển vào trong các tế bào máu. Hydro và ô xy phản ứng với nhau tạo ra năng lượng cho các hoạt động của con người. 

Thậm chí, năng lượng này còn có thể tạo ra điện năng. Một thiết bị mới hoạt động tương tự như lá phổi con người đã được nhóm các nhà khoa học thuộc khoa Khoa học và kỹ thuật vật liệu của trường Đại học Stanford áp dụng. Nhà nghiên cứu Yi Cui, thành viên của nhóm cho biết, họ đã lên kế hoạch mô phỏng lá phổi của con người để gia tăng hiệu suất của chất điện xúc tác, các vật liệu làm tăng lỷ lệ của phản ứng hóa học dùng để sản xuất khí hydro bằng cách tách nước. 

Yi Cui và các đồng nghiệp của mình đã tạo ra một lớp màng dày cỡ khoảng 12 nanomet với các lỗ nhỏ li ti trên bề mặt. Một mặt của lớp màng này được bao phủ bởi các hạt nano vàng và bạch kim - những yếu tố có liên quan đến những phản ứng hóa học sẽ xảy ra trong toàn bộ qua trình. Sau đó, các nhà khoa học gấp tấm màng đó lại và sẽ tạo ra một chiếc túi nhỏ với mặt trong chính là lớp kim loại. Đặt chiếc túi này vào bên trong nước, sau đó truyền một lượng điện áp nhất định, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng mức năng lượng mà nó tạo ra cao hơn khoảng 32% so với cấu trúc màng phẳng thông thường. 


Cải thiện quá trình này sẽ giúp cung cấp năng lượng cho các phương tiện chạy bằng hydro tốt hơn. (Ảnh minh họa).
 

Tách nước


Giới chuyên gia cho rằng, sở dĩ thiết bị có được mức hoạt động hiệu quả này là do hình dạng của nó giống như lá phổi con người đã giúp giảm thiểu tối đa lượng bóng khí, một yếu tố gây giảm hiệu suất trong quá trình phản ứng tạo năng lượng đang diễn ra. Các nhà nghiên cứu cho biết thêm rằng thiết bị này có thể hoạt động tối ưu nhất là ở nhiệt độ 100 độ C. Và chính đây cũng sẽ là một trong những điều kiện tiên quyết để các nhà khoa học Đại học Stanford tiếp tục phát triển thiết bị này và định hình sản xuất thương mại hóa trong tương lai. 

Khi họ áp điện áp vào nước để tách nó thành các thành phần cấu tạo, khí hydro và khí oxy tiến vào bộ máy giống như lá phổi và tạo ra năng lượng khi chúng đi qua các kim loại dẫn điện bên trong túi.

Các tấm phim làm từ carbon thường được dùng trong pin nhiên liệu có thể tạo ra bong bóng trong quá trình này, gây ra việc thất thoát năng lượng. nhưng các thiết bị giống lá phổi mới sẽ giảm thiểu các bong bóng vì những lỗ nhỏ kiểm soát tỉ lệ khí có thể đi qua màng và áp lực bên trong.

Cui và đội của mình thấy rằng thiết bị của họ chuyển đổi năng lượng hiệu quả hơn 32% so với việc dùng lớp màng tương tự ở dạng phẳng. Cui cho biết: "Hình dạng rất quan trọng".

Vật liệu này cũng ổn định trong thời gian dài. Khi đội nghiên cứu thực hiện phản ứng qua cấu trúc giống lá phổi trong 250 giờ, nó giữ lại 97% hoạt động xúc tác. Tấm màng làm từ carbon truyền thống suy giảm tới 74% hoạt động chỉ trong 75 giờ.

Bước tiếp theo là thiết lập một hệ thống với nhiều túi nhỏ như vậy, nhưng nó có lẽ trông không giống một lá phổi. Cui cho biết: "Lá phổi có một cấu trúc phân nhánh, nhưng chúng tôi cần một cực âm và cực dương cho mỗi thiết bị này, và nó không hiệu quả khi đặt nhiều cái cạnh nhau. Lá phổi dạy chúng ta cách vận chuyển khí. Chúng tôi sẽ phải tìm một hình thức khác để mở rộng quy mô của thiết bị này".
 
Theo Phys/Newscientist - TL


Tags
Tiêu điểm
Top