Hệ thống chuyển nhiệt thải từ ô tô thành điện năng

Các động cơ đốt trong của ô tô chạy bằng xăng tiêu tốn lượng lớn năng lượng hóa thạch, tuy nhiên, lại hoạt động kém hiệu quả khi phần lớn năng lượng  - ước tính khoảng 75% - bị thất thoát dưới dạng nhiệt qua động cơ và ống xả.

Hiện nay, một nhóm nghiên cứu đã phát triển một thiết bị có thể chuyển đổi lượng nhiệt thất thoát thành điện năng chỉ với thiết kế đơn giản, được gắn vào ống xả của xe ô tô, hoặc hệ thống xả của các phương tiện giao thông khác như trực thăng. Ảnh: ACS Applied Materials & Interfaces (2025)

Theo nghiên cứu công bố trên tạp chí ACS Applied Materials & Interfaces, mẫu phát nhiệt điện có thể sản xuất năng lượng tối đa lên đến 40W – đủ để thắp sáng một bóng đèn. Đây chỉ là kết quả giới hạn từ các thử nghiệm ban đầu.

Nguyên lý hoạt động của máy phát điện dựa trên sự chênh lệnh nhiệt độ. Khi một trong những thiết bị này được đặt gần hoặc trên nguồn nhiệt thải, các electron trong máy phát chuyển động từ phía nóng sang phía lạnh, tạo ra dòng điện.

Trong quá trình nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã sử dụng chất bán dẫn bismuth-telluride để thúc đẩy quá trình này. Tuy nhiên, thách thức chính là duy trì sự chênh lệch nhiệt độ, bởi nếu không có biện pháp can thiệp, phần lạnh của thiết bị cũng sẽ nóng lên, làm mất dòng điện.

Theo các nhà nghiên cứu, phương pháp làm mát bằng nước có thể giải quyết vấn đề nhưng lại khiến thiết bị cồng kềnh và phức tạp hơn. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng thiết kế tản nhiệt thông minh nhưng tương đối đơn giản bằng cách sử dụng xi lanh với các vây nhô ra bao quanh ống xả, cung cấp thêm diện tích bề mặt để giải phóng nhiệt thông qua đối lưu cưỡng bức.  Hay nói cách khác, phương pháp này tạo ra chuyển động khiến không khí xung quanh mang nhiệt đi. Với các phương tiện di chuyển nhanh, quy trình này diễn ra một cách tự nhiên.

Khi mô phỏng môi trường tốc độ cao, nhóm nghiên cứu phát hiện rằng hệ hống nhiệt điện có thể tạo ra tới 56 W điện khi di chuyển với tốc độ của ô tô. Đối với trực thăng, con số tăng lên gần gấp 3 lần, đạt 146 W.

Theo các nhà nghiên cứu, những kết quả này có thể mở đường cho việc tích hợp các thiết bị nhiệt điện vào những thiết kế hệ thống phức tạp hơn để ứng dụng vào thực tế.

Hoàng Dương (Theo Futurism)