Pin mặt trời đầu tiên hoạt động bằng ánh nắng và không khí

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Ohio, Hoa Kỳ đã chế tạo được pin mặt trời sử dụng chất màu nhạy quang, tích trữ năng lượng bằng cách “hít thở” không khí để phân tách và biến đổi lithium peroxide. Các tác giả nghiên cứu tin rằng thiết bị mới kết hợp hiệu quả pin thường với pin mặt trời, có thể giảm 25% chi phí năng lượng tái tạo.

GS. Yiying Wu nói: “Thiết bị mới sử dụng tấm pin mặt trời để thu ánh sáng và sau đó sử dụng pin giá rẻ để tích trữ năng lượng. Chúng tôi đã tích hợp cả hai chức năng vào một thiết bị. Bất cứ lúc nào bạn làm điều đó, bạn có thể giảm chi phí".

Thiết kế mới sử dụng 3 điện cực, trong khi bình thường là 4 điện cực. Phía dưới thiết bị là một tấm lithium, trên đó là lớp điện phân, một tấm các bon xốp mỏng và sau đó đến một lớp điện phân nữa. Ở phía trên, một lưới thép titan thẩm thấu chứa điện cực quang titan dioxit có chất màu nhạy quang, trông giống lá cỏ cỡ 1 μm và tạo ra các ion triiodile trong điều kiện ánh sáng. Sau đó, các ion này tràn sang bề mặt điện cực oxy nhờ chuyển động qua lại của iodide, ở đó chúng bị ôxy hóa thành lithium peroxide.

Các điện tử trong pin năng lượng mặt trời kết nối phân tách về mặt hóa học lithium peroxide thành các ion lithium và oxy. Oxy được giải phóng vào không khí, còn ion liti được lưu trữ dưới dạng kim loại lithium. Khi pin phóng điện, nó lấy oxy từ môi trường xung quanh và sử dụng để biến đổi lithium peroxide, sau đó, chu kỳ có thể được lặp lại.

Lưới thép được phủ chất màu đỏ gọi là hợp chất ruthenium để điều chỉnh bước sóng ánh sáng cần thu. Chất màu đỏ hấp thụ ánh sáng và giải phóng các điện tử, sinh ra dòng điện, khi các điện tử mới được lấy từ dung dịch iốt để thay thế chúng. Đáng tiếc, chất màu cạn kiệt chỉ sau 8 giờ sạc và xả sạc, quá ngắn với vòng đời của pin mặt trời sạc chi phí hiệu quả.

Các nhà nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm sơ bộ thay thế titan oxit chứa chất màu nhạy quang bằng điện cực quang hematit (gỉ), kết quả là hiệu suất như nhau và độ ổn định đạt được cao hơn nhiều, có thể làm tăng tuổi thọ của pin năng lượng mặt trời.

Nếu các nhà khoa học có thể sử dụng một vật liệu để tạo ra hiệu suất tương đương (gần 100% điện tử được giữ lại so với khoảng 80% trong pin thông thường) cho phiên bản pin oxit titan mới, thì phát minh của các nhà nghiên cứu tại Đại học Oregon có thể tác động lớn đến năng lượng tái tạo. Hiện nay, việc sử dụng năng lượng tái tạo trên diện rộng còn hạn chế do chi phí năng lượng tái tạo cao, phần lớn bắt nguồn từ việc tích trữ năng lượng điện lưới làm tổn thất hơn 25% điện năng.

Nguồn: Trung Tâm Tiết Kiệm Năng Lượng / Bộ Công Thương