Phương pháp mới giúp thu năng lượng mặt trời từ nước
Đánh giá bài viết

Thu năng lượng mặt trời bằng cách tách các phân tử nước là một phương pháp mới của các nhà khoa học Đại học Ric (Hoa Kỳ – Mỹ).

Công nghệ này dựa trên cấu hình của các hạt nano vàng được kích hoạt bởi ánh sáng, những hạt nano này thu ánh sáng mặt trời và chuyển năng lượng mặt trời thành các electron ở trạng thái bị kích thích cao độ, thường được gọi là những “electron nóng”.

Trưởng nhóm nghiên cứu Isabell Thomann cho biết: “Electron nóng có khả năng tạo nên những phản ứng hóa học rất hữu ích, nhưng năng lượng của chúng lại bị phân rã rất nhanh chóng nên việc kiểm soát năng lượng của nó là rất khó khăn”.

phuong-phap-moi-giup-thu-nang-luong-mat-troi-tu-nuoc-1

Do đó, việc thu những electron năng lượng cao này trước khi chúng nguội đi có thể giúp cho các nhà cung cấp năng lượng mặt trời nâng cao hiệu suất chuyển năng lượng mặt trời thành năng lượng điện một cách đáng kể.

Trong các hạt nano được kích hoạt bởi ánh sáng mặt trời do nhóm nghiên cứu của Thomann thực hiện, thì ánh sáng được thu lại và chuyển thành các plasmon, nghĩa là các dao động của electron vận động như một chất lỏng ngang qua bề mặt kim loại của hạt nano. Plasmon là trạng thái năng lượng cao và có thời gian tồn tại ngắn, tuy nhiên các nhà khoa học ở Rice và một số nơi khác trên thế giới đã tìm ra cách thu năng lượng plasmon để chuyển hóa năng lượng thành điện năng hay quang năng để phục vụ quá trình sinh hoạt của con người. Hạt nano plasmon cũng là một phương tiện hứa hẹn kiểm soát được năng lượng của các electron nóng cực kỳ hiệu quả.

Nhóm nghiên cứu của Thomann đã tạo ra được một hệ thống sử dụng năng lượng từ electron nóng để tách những phân tử nước thành Oxy và Hydro. Đây là một kết quả quan trọng bởi Oxy và Hydro là nguyên liệu cơ bản của những tế bào nhiên liệu, tức các thiết bị điện hóa học giúp tạo ra nguồn điện năng sạch và rất hiệu quả. Để sử dụng được electron nóng, trước tiên nhóm nghiên cứu phải tìm cách tách chúng khỏi các “lỗ electron”, tức những trạng thái năng lượng thấp mà chúng đã rời khỏi khi nhận được nguồn năng lượng kích thích. Electron nóng có thời gian tồn tại ngắn là do chúng có xu hướng giải phóng nguồn năng lượng mới nhận được để quay trở lại trạng thái năng lượng thấp.

phuong-phap-moi-giup-thu-nang-luong-mat-troi-tu-nuoc-2

Phương pháp duy nhất để ngăn chặn xu hướng này xảy ra là tạo ra một hệ thống có thể nhanh chóng tách electron nóng khỏi những lỗ electron. Thông thường, các nhà khoa học sẽ đẩy electron nóng qua một hàng rào năng lượng có vai trò như một chiếc van một chiều. Thomann cho biết phương pháp này có nhiều điểm không mang lại hiệu quả nhưng vẫn được các nhà khoa học quan tâm bởi nó áp dụng một công nghệ đã được kiểm chứng gọi là hàng rào Schottky. Nhóm của bà, thay vì đẩy electron nóng đi, lại tạo ra một hệ thống để đẩy những lỗ electron đi. Hệ thống này đóng vai trò giống một cái rây hay màng chắn: các lỗ electron có thể lọt qua đó nhưng electron nóng thì không và do đó chúng được duy trì ở trên bề mặt của các hạt nano plasmon.

Thomann cũng cho biết: “Khi sử dụng công nghệ tách nước bằng electron nóng để tạo năng lượng mặt trời, thì chúng tôi thấy dòng quang điện có hiệu suất tương đương với những hệ thống khác phức tạp hơn và sử dụng những thành phần đắt tiền hơn rất nhiều. Chúng tôi tự tin cho rằng mình có thể tối ưu hóa hệ thống này để cải thiện đáng kể những kết quả như hiện nay”.

>> Xem thêm: Khám phá công nghệ sử dụng hệ thống điện năng lượng mặt trời vào ban đêm