Tạo ra điện từ bóng đêm

Tháng 10/2019, các nhà khoa học đã công bố một nghiên cứu khó tin: Đó là có thể tạo điện bằng bóng đêm.

Trong khi các tấm pin mặt trời tạo ra năng lượng bằng ánh nắng thông qua một quá trình vật lý được gọi là hiệu ứng quang điện, hệ thống tạo điện bằng bóng đêm lại được xây dựng dựa trên yếu tố nhiệt độ, cụ thể hơn chính là tạo ra điện từ sự chênh lệch nhiệt độ.

tao ra dien tu bong toi
Với đĩa nhôm có kích thước chỉ vỏn vẹn 20 cm, lượng điện tạo ra đủ để cung cấp cho một bóng đèn LED cỡ nhỏ.

Máy phát điện “phản mặt trời” này được cấu thành với bộ phận chính là các đĩa nhôm tròn. Đĩa nhôm nằm bên trên, hướng lên trời sẽ được bọc bên dưới một lớp màng trong suốt và bao quanh bởi lớp cách nhiệt. Phần mặt bên trên này sẽ luôn lạnh hơn nhiệt độ môi trường, bởi nó sẽ biến nhiệt lượng nhận được thành tia hồng ngoại. Trong khi đó, đĩa nhôm nằm bên dưới sẽ được để trần và liên tục hấp thụ lượng nhiệt từ không khí xung quanh.

Vào ban đêm, mặt đất sẽ ấm hơn khí quyển nên liên tục tỏa nhiệt ra bên ngoài, trái ngược với ban ngày, mặt đất lại hấp thụ nhiệt từ mặt trời. Trong điều kiện bình thường, theo các nhà nghiên cứu, hai đĩa nhôm này có thể chênh lệch nhiều độ C. Chính sự chênh lệch nhiệt độ này sẽ tạo ra dòng điện. Trong bản thử nghiệm, với đĩa nhôm có kích thước chỉ vỏn vẹn 20 cm, lượng điện tạo ra đủ để cung cấp cho một bóng đèn LED cỡ nhỏ.

Cũng theo nhóm nghiên cứu, dù hiệu suất tạo ra điện thấp hơn pin mặt trời, nhưng hệ thống sản xuất điện vào ban đêm này sẽ rất hữu dụng trong những trường hợp khẩn cấp hoặc phục vụ cho những khu vực vùng sâu, vùng xa không có hệ thống điện lưới.

Tạo ra điện từ độ tương phản giữa vùng sáng và tối

Mới đây, các nhà nghiên cứu của Đại học Quốc gia Singapore (NUS) tiếp tục tạo nên bất ngờ khi công bố thiết bị phát năng lượng sử dụng độ tương phản giữa các vùng được chiếu sáng và vùng tối để tạo ra điện (SEG).

Nghiên cứu được đăng trên tạp chí khoa học Energy & Environmental Science vào ngày 15/4/2020 đã mở ra những cách tiếp cận mới trong việc tạo ra năng lượng xanh trong điều kiện ánh sáng trong nhà để cung cấp năng lượng cho thiết bị điện tử.

tao ra dien tu bong toi
Thiết bị có thể được chế tạo với chi phí thấp hơn so với pin mặt trời silicon thương mại.

“Trong thiết bị này, chúng tôi tận dụng sự tương phản chiếu sáng gây ra bởi vùng bóng tối như một nguồn sức mạnh gián tiếp. Sự tương phản trong chiếu sáng gây ra sự chênh lệch điện áp giữa vùng tối và vùng sáng, dẫn đến một dòng điện. Khái niệm mới lạ về thu hoạch năng lượng với sự hiện diện của vùng bóng tối là chưa từng có”, Trưởng nhóm nghiên cứu Tan Swee Ching cho biết.

Các thiết bị điện tử di động như điện thoại thông minh, kính thông minh và đồng hồ điện tử đòi hỏi phải cung cấp năng lượng hiệu quả và liên tục. Nếu các nguồn năng lượng có thể khai thác được từ ánh sáng xung quanh sẽ cải thiện tính linh hoạt của các thiết bị này. Như vậy, trong khi các pin mặt trời có thể thực hiện vai trò cung cấp năng lượng từ môi trường ngoài trời, thiết bị quét năng lượng từ hiệu ứng này sẽ giúp tối đa hóa hiệu quả của việc thu hoạch năng lượng.

Để giải quyết thách thức công nghệ này, nhóm nghiên cứu đã phát triển SEG chi phí thấp, dễ chế tạo để thực hiện hai chức năng: Để chuyển đổi một phần độ tương phản chiếu sáng thành điện và để tự phục vụ cung cấp cảm biến tiệm cận để theo dõi các đối tượng đi qua.

Thiết bị bao gồm một tập hợp các tế bào thu năng lượng được sắp xếp trên một màng nhựa dẻo và trong suốt. Mỗi tế bào là một màng vàng mỏng được đặt trên một tấm silicon. Được thiết kế cẩn thận, SEG có thể được chế tạo với chi phí thấp hơn so với pin mặt trời silicon thương mại. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm để kiểm tra hiệu suất của SEG trong việc tạo ra điện và như một cảm biến tự cấp nguồn.

Dựa trên các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, SEG bốn tế bào có hiệu quả gấp đôi so với các pin mặt trời silicon thương mại, dưới tác dụng của bóng đổ. Năng lượng thu hoạch từ SEG với sự hiện diện của bóng được tạo ra trong điều kiện ánh sáng trong nhà là đủ để cung cấp năng lượng cho đồng hồ kỹ thuật số (tức là 1,2 V).

Ngoài ra, nghiên cứu cũng cho thấy SEG có thể đóng vai trò là cảm biến tự cấp nguồn để giám sát các vật thể chuyển động. Khi một đối tượng đi ngang qua SEG, nó sẽ tạo ra vùng tối không liên tục trên thiết bị và kích hoạt cảm biến để ghi lại sự hiện diện và chuyển động của vật thể.

Các nhà nghiên cứu của NUS cũng đang xem xét việc phát triển các cảm biến tự cấp nguồn với các chức năng linh hoạt, cũng như các SEG có thể đeo, hay gắn vào quần áo để thu hoạch năng lượng trong các hoạt động hàng ngày bình thường. Một lĩnh vực nghiên cứu đầy hứa hẹn khác là phát triển các tấm SEG chi phí thấp để thu hoạch năng lượng hiệu quả từ ánh sáng trong nhà.