Các nhà khoa học đã phát hiện ra cách thiết kế vật liệu giúp cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng, một bước đột phá có thể giúp chống lại biến đổi khí hậu, giúp sản xuất xanh hơn và thậm chí có thể loại bỏ rắc rối khi sạc đồng hồ thông minh của bạn.
a) Quét truyền năng lượng cho Cu 12 Sb 4 S 13 và Cu 14 Sb 4 S 13 ở các nhiệt độ khác nhau. b) Điện trở suất là hàm số của nhiệt độ. Sự bất thường ở ≈90 K có liên quan đến sự chuyển pha từ pha lập phương sang pha tứ giác. c) Tính toán độ truyền năng lượng của các ion đồng trong Cu 14 Sb 4 S 13 theo hàm số của nhiệt độ, dựa trên mô phỏng MD. Nguồn: Vật liệu tiên tiến (2023). DOI: 10.1002/adma.202306088
Đổi mới thu hoạch năng lượng nhiệt điện xác định một phương pháp mới để khai thác các nguồn nhiệt thải chưa được khai thác trước đây và chuyển nó thành điện năng.
Vật liệu nhiệt điện có thể biến sự chênh lệch nhiệt độ thành điện năng. Các nhà nghiên cứu tại Reading đã phát hiện ra rằng nếu vật liệu nhiệt điện có các ion chuyển động bên trong lồng thì dòng nhiệt sẽ giảm. Điều này giữ cho mặt nóng và mặt lạnh ở nhiệt độ khác nhau, trong khi các electron có thể di chuyển từ mặt nóng sang mặt lạnh, do đó có thể tạo ra điện.
Thông thường, những vật liệu có ion chuyển động sẽ bị phân hủy khi tạo ra điện như thế này. Nhưng vật liệu được mô tả trong nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Advanced Materials không dễ bị phân hủy và có thể cho phép các thiết bị và máy phát điện biến nhiệt thải thành điện năng hữu ích hiệu quả hơn so với các thiết kế hiện tại.
Tiến sĩ Paz Vaqueiro, thuộc Khoa Hóa học của Đại học Reading, dẫn đầu nghiên cứu. Bà nói: "Phát hiện này có tiềm năng giúp giải quyết cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu và góp phần chống biến đổi khí hậu. Khoảng 2/3 năng lượng được tạo ra trên toàn thế giới bị lãng phí dưới dạng nhiệt. Chuyển đổi thậm chí một phần nhiệt thải này thành năng lượng trở lại." điện hữu ích sẽ giúp đảm bảo cung cấp năng lượng bền vững và giảm lượng khí thải carbon.
"Vương quốc Anh được dự đoán sẽ cần lượng điện gấp đôi vào năm 2050 so với năm 2020. Tiềm năng của công nghệ nhiệt điện đã được biết đến từ nhiều năm, nhưng hiện tại máy phát điện rất đắt tiền và không hiệu quả lắm. Sử dụng công nghệ nhiệt điện mới là điều không thể tránh khỏi." Vận hành rẻ hơn và hiệu quả hơn có thể giúp biến 48 TWh nhiệt thải mà Vương quốc Anh sản xuất hàng năm thành điện năng và có thể giúp chúng ta trên con đường đạt tới mức zero ròng."
Đồng hồ và ô tô
Bước đột phá này không chỉ mang lại những kết quả tích cực cho cuộc chiến chống biến đổi khí hậu mà còn có thể tạo ra sự khác biệt đối với một số thiết bị và máy móc mà chúng ta sử dụng hàng ngày.
Hiện tại, các thiết bị nhiệt điện và máy phát điện rất đắt tiền và chỉ được sử dụng trong các ứng dụng thích hợp (chẳng hạn như tàu thăm dò Du hành do NASA gửi đến để khám phá không gian ngoài hệ mặt trời). Tuy nhiên, sự phát triển của máy phát nhiệt điện mới có thể có tác động lớn đến các thiết bị đeo được, chẳng hạn như đồng hồ thông minh, nơi công nghệ hiện tại phụ thuộc vào pin cần được sạc lại thường xuyên. Loại bỏ yêu cầu này, bằng cách thu nhiệt cơ thể để tạo ra điện, không chỉ thuận tiện hơn mà còn giúp công nghệ thiết bị đeo trở nên đáng tin cậy hơn trong các ứng dụng quan trọng, chẳng hạn như theo dõi sức khỏe của bệnh nhân cao tuổi hoặc dễ bị tổn thương.
Sự phát triển này có thể được sử dụng cho ngành công nghiệp ô tô, cho phép các nhà sản xuất ô tô phát triển máy phát nhiệt điện sử dụng nhiệt thải để sạc pin cho các phương tiện chạy bằng điện hoặc hybrid, giúp tăng hiệu suất của chúng. Các nhà máy sản xuất thủy tinh, thép hoặc xi măng hiện đang thải ra nhiều carbon và tạo ra lượng nhiệt thải lớn cũng có thể được hưởng lợi từ công nghệ này.
