Một nhóm nhà khoa học tại Đại học California, cơ sở Santa Barbara (Mỹ) đã phát triển một phân tử hữu cơ có khả năng hấp thụ ánh sáng Mặt trời, lưu trữ năng lượng trong cấu trúc hóa học và giải phóng lại dưới dạng nhiệt khi cần, mở ra hướng tiếp cận mới cho bài toán lưu trữ năng lượng tái tạo.
Nghiên cứu, công bố trên tạp chí Science, giới thiệu một hệ thống lưu trữ năng lượng nhiệt Mặt trời ở cấp độ phân tử (Molecular Solar Thermal – MOST) sử dụng hợp chất pyrimidone. Không giống các tấm pin Mặt trời tạo ra điện, vật liệu này lưu trữ năng lượng dưới dạng liên kết hóa học và có thể tái sử dụng nhiều lần.
“Tính chất của hệ này là có thể tái sử dụng và tái chế,” tác giả chính Han Nguyen, nghiên cứu sinh tiến sĩ, cho biết.
Theo nhóm nghiên cứu, phân tử hoạt động tương tự một “lò xo” năng lượng. Khi tiếp xúc với ánh sáng, nó chuyển sang trạng thái năng lượng cao và duy trì trạng thái này trong thời gian dài. Khi được kích hoạt bằng nhiệt hoặc chất xúc tác, phân tử trở lại trạng thái ban đầu và giải phóng năng lượng tích trữ dưới dạng nhiệt.
Nhóm nghiên cứu cho biết vật liệu đạt mật độ năng lượng hơn 1,6 megajoule/kg, cao hơn đáng kể so với pin lithium-ion thông thường (khoảng 0,9 megajoule/kg). Đây được xem là một bước tiến quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả lưu trữ năng lượng Mặt trời.
Một điểm đáng chú ý là năng lượng giải phóng từ vật liệu đủ mạnh để đun sôi nước trong điều kiện môi trường, điều vốn khó đạt được trong các nghiên cứu trước đây về lưu trữ nhiệt ở cấp độ phân tử. Kết quả này cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tế, từ cung cấp nhiệt cho các khu vực không có điện lưới đến hệ thống nước nóng dân dụng.
Để thiết kế phân tử, nhóm nghiên cứu đã lấy cảm hứng từ cấu trúc ADN, đồng thời sử dụng mô phỏng tính toán với sự hợp tác của các nhà khoa học tại Đại học California, cơ sở Los Angeles nhằm đảm bảo vật liệu vừa ổn định lâu dài vừa có khả năng tích trữ năng lượng hiệu quả.
“Chúng tôi ưu tiên thiết kế phân tử nhỏ gọn, nhẹ,” Nguyen nói. “Trong dự án này, chúng tôi loại bỏ mọi thành phần không cần thiết để tối giản cấu trúc.”
Theo các nhà khoa học, một ưu điểm quan trọng của công nghệ này là bản thân vật liệu vừa đóng vai trò thu nhận vừa lưu trữ năng lượng, không cần hệ thống pin bổ sung như điện mặt trời truyền thống. Điều này có thể giúp đơn giản hóa hạ tầng và giảm chi phí trong tương lai.
Tuy vậy, công nghệ vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu và cần thêm thời gian để đánh giá khả năng triển khai quy mô lớn. Nếu được thương mại hóa, đây có thể là giải pháp bổ sung cho các hệ thống năng lượng tái tạo, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu lưu trữ năng lượng ngày càng tăng.
Ảnh minh họa về loại pin nhiệt mới đang được nghiên cứu. Các nhà nghiên cứu đã phát triển một phân tử mới có thể hấp thụ ánh sáng Mặt Trời, lưu trữ trong các liên kết hóa học và giải phóng sau đó dưới dạng nhiệt, mở ra hướng tiếp cận mới cho lưu trữ năng lượng mà không cần pin truyền thống. Ảnh: SciTechDaily
