Phát triển máy phát điện nhiệt điện lấy năng lượng từ nhiệt độ phòng

Các thiết bị nhiệt điện được thiết kế để khai thác một định luật vật lý đơn giản: năng lượng nhiệt di chuyển từ vùng nóng hơn đến vùng lạnh hơn. Trong thiết bị này, các electron di chuyển từ bề mặt ấm hơn đến bề mặt lạnh hơn, tạo ra dòng điện. Về mặt lý thuyết, máy phát nhiệt điện, vật liệu và sơn có thể tạo ra điện từ sự chênh lệch nhiệt độ nhỏ trong động cơ, nhà máy điện, thậm chí là nhiệt cơ thể.

Thông thường, độ dốc nhiệt độ càng lớn thì máy phát nhiệt điện càng tốt, nhưng hiện nay các nhà khoa học từ Đại học Kyushu ở Nhật Bản đã tìm ra cách khai thác nguồn năng lượng tương đối thấp có sẵn ở nhiệt độ phòng mà không cần độ dốc nhiệt độ nào cả.

Sơ đồ minh họa máy phát điện nhiệt điện mới.

Thay vào đó, thiết bị mới hoạt động theo nguyên lý gọi là tách điện tích. Nhiệt từ không khí xung quanh khiến các electron âm và các “lỗ” electron dương trong vật liệu tách ra, di chuyển theo các hướng khác nhau, tạo ra dòng điện.

Các vật liệu được đề cập là hợp chất hữu cơ, có thể dễ dàng chuyển electron giữa vật liệu khác nhau. Các loại hợp chất khác nhau này được xếp thành các lớp mỏng như cầu thang và nhiệt cung cấp đủ năng lượng cho các electron hoặc lỗ trống để nhảy lên “bậc” tiếp theo.

Sau nhiều lần thử nghiệm và sai sót với sự kết hợp hợp chất khác nhau, nhóm nghiên cứu đã quyết định sử dụng một thiết bị có lớp đồng phthhalocyanine dày 180 nanomet, đồng hexadecafluoro phthalocyanine dày 320 nm, fullerene dày 20 nm và bathocuproine dày 20 nm.

Kết quả cuối cùng cho thấy điện áp mạch hở là 384 milivôn, mật độ dòng điện ngắn mạch là 1,1 μA/cm 2 và công suất đầu ra tối đa là 94 nW/cm 2. Tất nhiên, đó là một lượng điện nhỏ, nhưng xét đến việc nó đến từ nhiệt độ phòng thì nó có thể tạo ra các máy phát điện đơn giản hơn.

“Chúng tôi muốn tiếp tục nghiên cứu thiết bị mới này và xem liệu có thể tối ưu hóa nó hơn nữa bằng các vật liệu khác hay không. Chúng tôi thậm chí có thể đạt được mật độ dòng điện cao hơn nếu tăng diện tích của thiết bị, điều này thậm chí còn bất thường đối với các vật liệu hữu cơ. Điều này cho thấy rằng vật liệu hữu cơ có tiềm năng đáng kinh ngạc”, Giáo sư Chihaya Adachi, tác giả chính của nghiên cứu cho biết.

An Hạ