'Pin năng lượng mặt trời' lưu trữ ánh sáng mặt trời trong nhiều ngày, sau đó giải phóng hydro khi cần thiết
Đại học Ulm
27 tháng 2 năm 2026
Dung dịch chất xúc tác với thuốc nhuộm ruthenium phát quang, được chiếu xạ bằng ánh sáng nhìn thấy trong lò phản ứng. Tín dụng: Elvira Eberhardt, Đại học Ulm
Một vật liệu mới có thể lưu trữ năng lượng từ ánh sáng mặt trời và chuyển hóa nó thành hydro sau nhiều ngày. Vật liệu này, được các nhà nghiên cứu từ Ulm và Jena cùng phát triển, có thể làm được điều này ngay cả trong bóng tối. Quá trình này có thể đảo ngược và có thể được kích hoạt lại nhiều lần bằng cách sử dụng công tắc pH. Kết quả được công bố trên tạp chí Nature Communications.
Hydro xanh là một trong những trụ cột quan trọng nhất của quá trình chuyển đổi năng lượng. Nó được sản xuất từ ánh sáng mặt trời bằng các quá trình quang xúc tác. Hiện nay có nhiều công nghệ khác nhau để chuyển đổi và lưu trữ năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học. Nhưng giờ đây, lần đầu tiên, một vật liệu có thể lưu trữ năng lượng từ ánh sáng mặt trời trong vài ngày và sau đó giải phóng nó dưới dạng hydro "chỉ bằng một nút bấm" đã được phát triển thành công.
“Bạn có thể coi nó như sự kết hợp giữa pin mặt trời và pin lưu trữ ở cấp độ phân tử,” Giáo sư Sven Rau, người đứng đầu Viện Hóa học Vô cơ I tại Đại học Ulm, giải thích.
Một loại copolymer tan trong nước, có khả năng oxy hóa khử được sử dụng làm vật liệu lưu trữ năng lượng hoặc electron tạm thời. Copolymer là các đại phân tử bao gồm các khối cấu tạo hữu cơ khác nhau. Chúng tạo thành một khung ổn định và được trang bị các đơn vị chức năng có các tính chất hóa lý nhất định—trong trường hợp này, là khả năng hoạt động oxy hóa khử được tăng cường. Hệ thống đạt hiệu suất sạc trên 80% và duy trì trạng thái này trong vài ngày.
Quá trình sạc của polymer. Phổ hấp thụ UV/vis trong quá trình sạc quang xúc tác của copolyme (225 µm so với hàm lượng monome metyl viologen) sử dụng [Ru(tbbpy)3]Cl2 (12,5 µm) trong nước chứa 0,09 m TEA và 0,075 m NaH2PO4 (A) và diễn biến thời gian sạc tương ứng (B). SOC đề cập đến trạng thái sạc; các giá trị trung bình được hiển thị và các thanh lỗi biểu thị độ lệch chuẩn của n = 3 phép đo độc lập. Nguồn: Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-68342-2
"Khi cần thiết, chúng ta có thể thu hồi năng lượng hóa học dưới dạng hydro. Các electron được lưu trữ được sử dụng một cách cụ thể và hiệu quả cho mục đích này," Giáo sư Ulrich S. Schubert, Trưởng Viện Hóa học Hữu cơ và Hóa học Đại phân tử tại Đại học Friedrich Schiller Jena, người điều phối nghiên cứu cùng với Rau, cho biết.
Thông qua việc thêm axit và chất xúc tác tạo hydro, các electron được lưu trữ trong polyme kết hợp với proton - quá trình này tạo ra hydro theo yêu cầu. Hiệu suất cao đáng kinh ngạc, đạt 72%. Một lợi thế lớn khác là quá trình này cũng diễn ra trong bóng tối, tức là không phụ thuộc vào việc mặt trời có chiếu sáng hay không.
Khởi động lại hệ thống bằng công tắc pH
Nếu dung dịch sau đó được trung hòa, hệ thống có thể được chiếu sáng trở lại và sạc lại.
“Điều này là do các phản ứng oxy hóa khử dựa trên polymer có thể đảo ngược và cho phép nhiều chu kỳ sạc, lưu trữ và xúc tác. Lợi ích của quá trình này là không cần phải tách polymer ra trước. Để thiết lập lại hệ thống, chỉ cần thay đổi giá trị pH của hệ thống,” hai tác giả chính của nghiên cứu, Marco Hartkorn (Đại học Ulm) và Tiến sĩ Robin Kampes (Đại học Bang Jena) giải thích.
Công tắc pH không chỉ có khía cạnh thực tiễn mà còn có khía cạnh thú vị: Khi pin được xả trong môi trường axit, màu sắc sẽ chuyển từ tím sang vàng; nếu sau đó được sạc lại bằng ánh sáng, màu vàng sẽ chuyển sang tím và pin lại được “kích hoạt”.
Những hướng đi mới với triển vọng công nghiệp
Dự án này cũng có ý nghĩa khoa học vì nó kết hợp các khái niệm rất khác nhau từ lĩnh vực hóa học mà nếu không thì ít có điểm liên hệ: cụ thể là hóa học polymer đại phân tử và quang xúc tác,” Giáo sư Rau cho biết.
Các nhà nghiên cứu tin tưởng chắc chắn rằng các phương pháp phát triển hydro theo yêu cầu như vậy cũng có thể được sử dụng cho các quy trình công nghiệp tiêu tốn nhiều năng lượng—ví dụ như sản xuất thép trung hòa khí hậu, vốn phụ thuộc vào nguồn cung cấp hydro xanh đáng tin cậy.
"Kết quả mở ra những triển vọng mới cho các công nghệ lưu trữ năng lượng mặt trời hiệu quả về chi phí và có khả năng mở rộng—và cung cấp một nền tảng quan trọng trên con đường hướng tới một nền kinh tế năng lượng bền vững, dựa trên hóa chất," Giáo sư Schubert nhấn mạnh.
Chi tiết bài báo
Marco Hartkorn và cộng sự, Một chất đồng trùng hợp hòa tan trong nước để lưu trữ và chuyển đổi điện tử trong quá trình tạo hydro theo yêu cầu bằng quang xúc tác, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-68342-2
