Công nghệ tấm quang điện hữu cơ mở ra tương lai tích trữ điện không kim loại
05:54, 22/05/2025
Lần đầu tiên, các nhà khoa học đã kết hợp thành công việc thu năng lượng mặt trời và tích trữ điện năng dài hạn trong một cấu trúc phân tử không chứa kim loại.
Hệ thống điện mặt trời di động sạc cho điện thoại thông minh và cả laptop ngoài trời.
Các nhà khoa học đã thiết kế một loại pin năng lượng mặt trời được làm hoàn toàn từ vật liệu hữu cơ, có khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời và tích trữ điện năng trong hơn hai ngày, kết hợp chức năng của tấm quang điện và pin tích trữ trong một thiết bị nhẹ và hiệu quả cao.
Nhóm nghiên cứu gồm các nhà khoa học từ Đại học Kỹ thuật Munich (TUM), Viện Max Planck về Nghiên cứu Trạng thái Rắn và Đại học Stuttgart tại Đức đã phát triển loại pin năng lượng mặt trời dựa trên một khung hữu cơ cộng hóa trị hai chiều (COF) có độ xốp cao, được tạo thành từ naphthalenediimide, một phân tử thiếu electron, bền và phẳng.
Không giống như các hệ thống khác thường dựa vào kim loại hoặc các nguyên tố hiếm, thiết bị sáng tạo này chỉ sử dụng các thành phần hữu cơ và nước, tạo nên một giải pháp bền vững cho tích trữ điện năng không nối lưới điện.
Vật liệu này hoạt động như một bể chứa năng lượng mặt trời, thu năng lượng vào ban ngày và giải phóng nó dưới dạng điện năng khi trời tối. Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học kết hợp thành công việc thu, chuyển đổi năng lượng mặt trời và tích trữ điện năng dài hạn trong một khung phân tử duy nhất.
Theo nhóm nghiên cứu, COF không chỉ hấp thụ ánh sáng mà còn ổn định các điện tích được tạo ra bởi ánh sáng trong môi trường nước, giữ chúng trong 48 giờ hoặc lâu hơn, đánh dấu một kỷ lục mới cho loại vật liệu này. Ngoài ra, các điện tích được tích trữ này còn có thể được giải phóng để cung cấp điện năng cho các thiết bị điện bên ngoài, xác nhận khả năng tích trữ điện năng trên thực tế của loại vật liệu này.
Thay vì tương tác mạnh với các ion hoặc làm gián đoạn việc giữ điện tích, các phân tử nước tương tác nhẹ nhàng với khung COF. Nhờ vậy, chúng tạo ra một "rào cản năng lượng" giúp ngăn điện tích bị thất thoát và cho phép tích trữ điện năng để sử dụng sau này.
Vật liệu này có thể tích trữ điện tích đạt mức 38 mAh/g (miliampe-giờ trên mỗi gam khối lượng), vượt trội so với nhiều loại vật liệu phản ứng với ánh sáng khác như nitrua carbon, chất bán dẫn polymer và khung hữu cơ-kim loại.
Các thử nghiệm bổ sung đã xác nhận độ ổn định chu kỳ tuyệt vời của vật liệu, giúp giữ lại hơn 90% lượng điện sau nhiều chu kỳ sạc và xả, tạo nên một nền tảng mạnh mẽ mới cho pin tích trữ năng lượng mặt trời.
Tiến sĩ Bettina Lotsch, chuyên gia về hóa học nano và là người đứng đầu Viện Max Planck về Nghiên cứu Trạng thái Rắn, nhấn mạnh rằng những phát hiện này làm nổi bật tiềm năng chưa được khai thác của các khung hữu cơ, có thể được điều chỉnh để tích trữ năng lượng hiệu suất cao.
Lotsch kết luận trong một thông cáo báo chí: “Khám phá này đánh dấu một bước tiến quan trọng hướng tới các giải pháp tích trữ năng lượng bền vững và ứng dụng ngoài lưới điện dựa trên các vật liệu này”.
B.T.Tâm (Lược dịch theo interestingengineering.com)
Share