Các nhà khoa học đã tạo ra một máy phát điện sử dụng độ ẩm không khí và muối polyoxymetal để sản xuất điện liên tục, cung cấp một phương pháp bền vững để sử dụng năng lượng có giá trị thấp. Họ đang tìm cách tạo ra điện bằng năng lượng có giá trị thấp hiện diện dồi dào trong môi trường tự nhiên. Một sự phát triển mang tính đột phá đã xuất hiện: một máy phát điện khai thác độ ẩm không khí tự nhiên và tạo ra tín hiệu điện liên tục.
Điều đáng chú ý là đây là máy tạo độ ẩm đầu tiên sử dụng vật liệu muối kim loại polyoxide có kích thước nano. Tầm quan trọng của phát hiện này chỉ ra một hướng nghiên cứu mới đầy hứa hẹn trong việc sử dụng bền vững năng lượng có giá trị thấp.
Kết quả nghiên cứu gần đây đã được công bố trên tạp chí Nano Research.
Các nhà nghiên cứu đã đi theo con đường này để giải quyết vấn đề hiệu suất không nhất quán trong các thiết bị chuyển đổi năng lượng. Một vấn đề cấp bách mà họ đang cố gắng giải quyết là sự khan hiếm vật liệu để tạo ra điện từ độ ẩm của khí quyển và những hạn chế của những vật liệu này. Giáo sư Chen Weilin thuộc Khoa Hóa học tại Đại học Sư phạm Đông Bắc giải thích: “Chúng tôi hy vọng hiểu được quá trình chuyển đổi năng lượng độ ẩm khí quyển thành năng lượng điện và vai trò của polyoxymetalate trong việc sản xuất điện ở độ ẩm khí quyển”.
Sự khử polyme Các kim loại bị oxy hóa và tiềm năng của chúng
Polyoxymethacrylate (còn được gọi là POM) có các đặc tính chức năng và hình thái độc đáo khiến chúng đặc biệt hữu ích cho các nghiên cứu tổng hợp, lắp ráp và hiệu suất có kiểm soát. Chúng là một lớp vật liệu phân tử vô cơ linh hoạt. Vật liệu nano POM có thể tự lắp ráp để tạo thành các cấu trúc vi xốp có khả năng thu thập độ ẩm trong khí quyển. Chúng còn thân thiện với môi trường và có độ ổn định cao trong môi trường ánh sáng, nhiệt độ và hóa chất. Các nhà nghiên cứu dự đoán rằng vật liệu nano POM dự kiến sẽ trở thành vật liệu tận dụng hiệu quả độ ẩm khí quyển.
Các nhà khoa học đã xây dựng POM thành các cụm amoni-polyoxyanion hữu cơ. Các cụm được lắp ráp thành máy tạo màng mỏng với các lỗ có kích thước nano gọi là micropores có thể hoạt động trong độ ẩm khí quyển. Máy phát POM nhỏ bé của họ có thể tạo ra điện áp 0,68V, rất ổn định và có thể hoạt động liên tục trong hầu hết các môi trường tự nhiên với độ ẩm không khí dao động từ 10% đến 90%.
Cơ chế hoạt động và các ứng dụng tiềm năng
Nguyên lý hoạt động của máy tạo độ ẩm khí quyển POM là các cụm nano POM hấp thụ độ ẩm khí quyển một cách tự nhiên thông qua các vi lỗ trong màng dây nano POM. Chúng tạo thành gradient phân bố của nước, là cơ sở cấu trúc để phát điện. Thực tế đã chứng minh máy phát điện POM có độ ổn định cao và hiệu suất phát điện liên tục.
Nhóm nghiên cứu đã xác định rằng thiết bị phát điện POM có thể thu thập hiệu quả độ ẩm không khí trong tự nhiên và tạo ra tín hiệu điện liên tục thông qua sự phân bố và chuyển động có hướng không đồng đều của các ion. Công trình này cung cấp những ý tưởng mới cho việc sử dụng bền vững năng lượng có giá trị thấp và cũng cung cấp một quan điểm nghiên cứu mới về hóa học kim loại polyoxide.
Nhu cầu phát triển liên tục các nguồn năng lượng giá trị thấp trong môi trường tự nhiên là cấp thiết. Trong nghiên cứu trước đây, các nhà khoa học đã tạo ra các thiết bị thu hoạch và sử dụng năng lượng có giá trị thấp. Tuy nhiên, các thiết bị này còn hạn chế do tính chất không ổn định và không liên tục của các nguồn năng lượng có giá trị thấp. Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã đạt được tiến bộ trong việc khai thác năng lượng độ ẩm khí quyển. Tuy nhiên, máy phát điện POM của nhóm là máy tạo độ ẩm đầu tiên có khả năng sản xuất điện liên tục.
Máy tạo POM mang tính cách mạng này có nhiều ứng dụng tiềm năng, chẳng hạn như phát hiện quá trình thở của con người; phát hiện, ghi nhận và cảnh báo độ ẩm môi trường; kết hợp với các thiết bị điện để đạt được khả năng cung cấp điện liên tục cho thiết bị; đáp ứng nhu cầu năng lượng của nhiều tình huống khác nhau, v.v.
“Phát hiện quan trọng nhất là thông qua thiết kế và sửa đổi vật liệu nano POM, việc sản xuất điện liên tục sử dụng độ ẩm không khí đã đạt được và các đặc tính của vật liệu nano POM đã được sử dụng để hiểu sâu sắc cơ chế sản xuất điện từ độ ẩm khí quyển.” Trần Hiểu Đông nói.
Con đường phía trước
Trong tương lai, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ cải thiện hiệu suất tạo độ ẩm khí quyển bằng cách sàng lọc và tối ưu hóa vật liệu. Họ cũng hy vọng có được sự hiểu biết sâu sắc hơn về quá trình tạo ra điện từ độ ẩm của khí quyển.
Chen cho biết: "Mục tiêu cuối cùng là hiện thực hóa việc sử dụng hiệu quả máy tạo độ ẩm và thúc đẩy sự phát triển bền vững về năng lượng và môi trường bằng cách khám phá các cơ chế tối ưu hóa hiệu quả của máy tạo độ ẩm."