Biến nhiệt thải thành năng lượng với hiệu quả chưa từng có

Nhờ cuộc cách mạng kỹ thuật số đang diễn ra, chúng ta đang trên đà chuyển đổi sang một thế giới siêu kết nối. Tuy nhiên, các thiết bị kết nối Internet vạn vật - Internet-of-Things (IoT) và cảm biến từ xa hứa hẹn thành hiện thực như vậy đòi hỏi nguồn năng lượng đáng kể để tiêu thụ. Với tính bền vững là ưu tiên hàng đầu, nguồn năng lượng yêu cầu phải dồi dào, phổ biến và có thể tái tạo. May mắn thay, nhiệt thải cấp thấp (nhiệt độ dưới 100°C) có tiềm năng trở thành giải pháp phù hợp, miễn là chúng được khai thác phát triển từ các công nghệ thu hoạch năng lượng hiệu quả.

Việc chuyển đổi chênh lệch nhiệt độ thành điện năng đã có thể thực hiện được thông qua các tế bào nhiệt điện hóa (TEC). Các thiết bị này có thể tận dụng nhiệt thải để duy trì phản ứng khử-oxy hóa (oxy hóa khử), từ đó, tạo ra điện. Tuy nhiên, các TEC hiện đại đang thiếu các ứng dụng thương mại do hiệu suất chuyển đổi năng lượng thấp, công suất đầu ra chưa rõ ràng và chi phí chế tạo đắt đỏ. Do đó, cần có một bước đột phá trong chuyển đổi năng lượng để TECs trở nên khả thi đối với các thiết bị công suất thấp không kết nối.

Trong bối cảnh đó, một nhóm các nhà khoa học tại Viện Khoa học và Công nghệ Daegu Gyeongbuk (DGIST), Hàn Quốc, đã đưa ra một chiến lược hiệu quả để đưa quá trình nói trên lên một tầm cao mới. Được chỉ đạo bởi Giáo sư Hochun Lee, các nhà nghiên cứu này đã kết hợp nguyên tắc hoạt động của TEC với nguyên tắc hoạt động của các tế bào galvanic tập trung, tạo ra một tế bào tập trung nhiệt điện hóa (TCC) lai. Mặc dù TCC không phải là một khái niệm mới, nhưng thiết kế do nhóm đưa ra đã khắc phục được một số hạn chế quan trọng của các TEC hiện có.

TCC báo cáo trong nghiên cứu này, được xuất bản trên Tạp chí Chemical Engineering Journal, dựa trên các phản ứng oxy hóa khử liên quan đến các ion iốt (I−) và triiodide (I3−). Tuy nhiên, không giống như trong các TEC thông thường, các phản ứng này xảy ra trong dung dịch cacbonat không chứa nước sử dụng dimetyl cacbonat (DMC) làm dung môi. Sự lựa chọn vật liệu cụ thể này tạo ra một hiệu ứng đặc biệt.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng khi nhiệt độ của mặt nóng tăng lên vượt quá 40 ° C, DMC phản ứng với I− để tạo ra một lớp xốp, giống như gel của Li2CO3 gần điện cực nóng giúp duy trì sự khác biệt lớn về nồng độ của I− và I3− trong toàn bộ tế bào, thúc đẩy đáng kể hiệu suất của nó. Giáo sư Lee cho biết: “Tế bào lai của chúng tôi cho thấy hiệu suất chuyển đổi nhiệt đáng kể (5,2%) và vượt trội hơn các TEC loại n tốt nhất hiện nay. “Ngoài ra, cấu trúc và quy trình chế tạo đơn giản của các TCC của chúng tôi cung cấp một nền tảng khả thi thực tế để thu năng lượng nhiệt.”

Giáo sư Lee tích cực nhận định: “Các cộng đồng kết nối IoT sẽ yêu cầu các nguồn năng lượng mang tính kinh tế cho các thiết bị và cảm biến IoT của họ, và chúng tôi tin rằng TEC sẽ là ứng viên lý tưởng để đáp ứng nhu cầu của người dùng”.