Pin mặt trời lỏng giúp lưu trữ và tái tạo năng lượng hiệu quả

16/07/2020, 15:33

TNNN - Các nhà hóa học tại Đại học Wisconsin-Madison và các cộng sự đã tạo ra một loại pin năng lượng mặt trời dạng lỏng có hiệu quả và độ bền cao. Sản phẩm được nghiên cứu giúp lưu trữ và tái phân phối dòng điện mặt trời chỉ trong một thiết bị.

Thiết bị mới được làm từ pin mặt trời silicon kết hợp với các vật liệu tiên tiến được tích hợp các thành phần hóa học tối ưu. Loại pin mặt trời dạng lỏng này được phát triển bởi phòng thí nghiệm Song Jin thuộc khoa hóa học của Đại học Wisconsin-Madison và đạt được hiệu suất kỷ lục mới là 20%. Nó đã vượt mặt hầu hết các loại pin mặt trời silicon có sẵn trên thị trường hiện nay và có hiệu quả cao hơn 40% so với loại pin mặt trời lỏng được phát triển gần đây nhất tại cùng phòng thí nghiệm.

Lược đồ pin đôi silicon/perovskite (bên trái) và pin lỏng chứa năng lượng (bên phải). Nguồn ảnh:WENJIE LI

Để tạo ra thiết bị mới, nhóm nghiên cứu đã kết hợp một số công nghệ hiện có, bao gồm một pin mặt trời silicon/perovskite kết hợp với pin lỏng oxi hóa khử. Silicon từ lâu đã là vật liệu hàng đầu trong ngành chế tạo pin mặt trời, trong khi perovskite lại là vật liệu mới với rất nhiều triển vọng. Kết hợp hai nguyên liệu này với nhau, các nhà khoa học đã tạo ra một pin mặt trời đôi có hiệu quả vượt trội có thể thu được nhiều bước sóng ánh sáng khác nhau.

Tuy nhiên, chúng ta không thể thu được ánh sáng cả ngày, nên việc lưu trữ hiệu quả chính là chìa khóa giúp tiết kiệm nguồn năng lượng này. Trên thực tế, nhiều hệ thống nhà ở mặt trời sử dụng pin chì-axit hoặc lithium-ion để lưu trữ điện. So với các loại pin này, pin lỏng là giải pháp ít tốn kém hơn hẳn nếu sử dụng ở quy mô lớn và là phương án lưu trữ lý tưởng nhất với pin mặt trời.

Để lưu trữ nguồn năng lượng mặt trời thu được, các nhà nghiên cứu tận dụng các lợi thế của pin lỏng. Thông thường, pin lỏng sẽ có hai loại chất lỏng khác nhau được chứa trong hai buồng chứa riêng biệt đóng vai trò như chất điện giải. Dòng điện từ pin mặt trời khi tiếp xúc sẽ nạp xung điện vào một trong hai chất lỏng và ở yên trong đó. Khi cần giải phóng năng lượng, hai chất này sẽ tương tác với nhau trong một buồng chứa ở giữa, tạo ra phản ứng hóa học sản sinh điện. Hiệu suất cao nhất được ghi nhận là 20%, có thể được duy trì trong hàng trăm giờ đồng hồ và chu kỳ nạp-phóng điện.

Các nhà nghiên cứu thuộc phòng thí nghiệm Jin đang lên kế hoạch phát triển tiếp sản phẩm này nhằm nâng cao hiệu suất, giảm chi phí sản xuất và đưa thiết bị vào sử dụng trên quy mô lớn. Công trình nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Materials với tác giả nghiên cứu chính là Wenjie Li. Thành quả nghiên cứu còn là kết quả hợp tác giữa Phòng thí nghiệm với các nhà nghiên cứu đến từ Đại học New South Wales và Đại học Sydney (Úc), Đại học Bang Utah (Mỹ), Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (Ả Rập Saudi) và Đại học Thành phố Hồng Kông.