Đột phá của ngành lưu trữ năng lượng: Mặt trời có thể "bảo quản" ở dạng lỏng, hạn dùng đến 18 năm

Năm 2017, các nhà nghiên cứu tới từ Đại học Công nghệ Chalmers tạo ra một hệ thống năng lượng cho phép nhận và lưu trữ năng lượng mặt trời trong khoảng thời gian 18 năm, đồng thời có khả năng phát nhiệt theo yêu cầu. Năm 2022, họ công bố khả năng sản sinh điện của thiết bị tiên tiến.

Trưởng nhóm nghiên cứu Kasper Moth-Poulsen cho hay: "Đây là một phương pháp mới để sản sinh điện từ năng lượng mặt trời. Nghĩa là chúng ta có thể sử dụng năng lượng mặt trời để sinh điện bất kể thời tiết ra sao, đang là buổi nào trong ngày, mùa gì hay vị trí địa lý ra sao".

Nhóm nghiên cứu đã chứng minh được rằng hệ thống có thể sản xuất điện bằng cách nối với máy phát nhiệt điện siêu mỏng. Đây là đột phá mới trong ngành lưu trữ năng lượng, đặt nền tảng cho những thiết bị điện tử sạc sử dụng năng lượng mặt trời theo nhu cầu.

Giáo sư tỏ ra vô cùng hứng khởi với nghiên cứu mới, đồng thời khẳng định nghiên cứu "sẽ là một phần quan trọng trong tương lai của các hệ thống năng lượng".

Làm thế nào để lưu trữ ánh nắng mặt trời?

Giống như cái tên của nó, năng lượng mặt trời vốn chỉ hữu dụng khi chúng ta thấy Mặt Trời hiện hữu. May mắn thay, tiến độ phát triển của công nghệ đang giúp cải thiện tình hình.

Những tấm pin mặt trời nay đã hiện đại hơn. Có thiết bị được làm từ phế phẩm nông nghiệp, hấp thụ ánh sáng cực tím ngay cả khi mây đen phủ kín trời, rồi lại có công nghệ “pin mặt trời đêm” vẫn có thể hoạt động sau khi hoàng hôn buông xuống.

Nhóm nghiên cứu ở Chalmers đang cộng tác với các nhà khoa học tại Đại học Giao thông Thượng Hải để biến nhiệt lượng đó thành điện thông qua một con chip siêu mỏng có thể tích hợp trên thiết bị điện tử như điện thoại, đồng hồ thông minh, tai nghe chụp đầu. Kết quả cho thấy, thiết kế thực sự hoạt động.

Hiện tại, các nhà khoa học mới chỉ thử nghiệm sản xuất lượng điện nhỏ 0,1 nW trên mô hình. Nhưng nó đã chứng minh được rằng hệ thống MOST có tiềm năng rất lớn, giúp giải quyết tính chất gián đoạn của năng lượng mặt trời bằng cách lưu trữ nhiều tháng hoặc nhiều năm và sử dụng khi cần, bất kể thời tiết, thời gian trong ngày, mùa hoặc vị trí địa lý.

Tuy nhiên, việc lưu trữ năng lượng còn thô sơ, khiến nỗ lực lưu trữ ánh sáng chưa phát huy hết tiềm năng. Đây là lý do nhóm nghiên cứu Thụy Điển phát triển hệ thống MOST, viết tắt cho Molecular Solar Thermal Energy Storage Systems, tức “Hệ thống Lưu trữ Năng lượng Nhiệt mặt trời Phân tử”.

Dựa trên khả năng biến đổi hình dạng khi tương tác với ánh sáng của carbon, hydro và nitro, nhóm nghiên cứu phát triển thành công hệ thống lưu trữ ánh nắng phức tạp. Tổ hợp chất chuyển sang trạng thái chất đồng phân giàu năng lượng - là những phân tử có cùng số nguyên tử nhưng lại có cấu trúc vật chất khác. Nhóm chất đồng phân có thể tồn tại ở dạng lỏng tiện cho việc lưu trữ và di chuyển, và có thể dùng làm nguồn nhiệt khi đêm tới hay đông về.

Chất xúc tác sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt, đưa nhóm phân tử về lại trạng thái ban đầu, khởi động lại vòng lặp “sạc ánh sáng - xả nhiệt”. Sau nhiều năm nỗ lực, nhóm nghiên cứu đã trau chuốt hệ thống tới mức lưu trữ được năng lượng trong 18 năm (ước tính).

Một con chip siêu mỏng biến năng lượng mặt trời được lưu trữ thành điện năng

Mô hình được mô tả trong báo cáo nghiên cứu đã hiện đại hơn trước đây. Nhóm nghiên cứu đưa số nguyên tử tràn đầy năng lượng mặt trời tới cho những nhà khoa học công tác tại Đại học Giao thông Thượng Hải. Nhóm chuyên gia Châu Á đã có thể biến số năng lượng mặt trời thành năng lượng điện dồi dào. 

Về cơ bản, nắng Thụy Điển được gửi tới đầu bên kia Trái Đất, để các chuyên gia Trung Quốc biến thành điện năng.

“Máy phát là một con chip siêu mỏng, có thể được tích hợp vào những đồ điện tử như tai nghe, đồng hồ thông minh hay điện thoại”, nhà nghiên cứu Wang Zhihang công tác tại Đại học Công nghệ Chalmers cho hay. “Trước tới nay, chúng tôi mới có thể tạo ra một lượng điện nhỏ, nhưng kết quả mới cho thấy mô hình này vận hành được. Rất có tiềm năng”.

Theo các nhà khoa học nhận định, thiết bị lưu trữ ánh nắng và sản sinh điện năng có thể thay thế pin thông thường và pin mặt trời trong tương lai. Đây sẽ là cách thức tận dụng ánh nắng Mặt Trời tinh tế nhất từ trước tới nay.

Trước khi hệ thống trở nên đại trà, các nhà nghiên cứu sẽ cần tìm ra phương cách sản xuất hiệu quả. Các bên nhận định dù hệ thống sử dụng những thành phần đơn giản, vẫn cần thời gian thích ứng công nghệ mới, vật liệu mới với những mô hình sẵn có hiện tại.

Đọc thêm: Tham vọng không tưởng của Elon Musk: "Con người bất tử khi tải não người vào robot"