Khi chúng ta chuyển sử dụng từ nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng tái tạo để đối phó với biến đổi khí hậu, nhu cầu về các phương pháp mới để thu nhận và lưu trữ năng lượng ngày càng trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết.
Các nhà nghiên cứu của Đại học Lancaster khi nghiên cứu một vật liệu kết tinh đã phát hiện ra nó có các đặc tính cho phép thu giữ năng lượng từ mặt trời. Năng lượng có thể được lưu trữ trong vài tháng ở nhiệt độ phòng và nó có thể được giải phóng theo yêu cầu dưới dạng nhiệt.
Với sự phát triển xa hơn, những loại vật liệu này có thể mang lại tiềm năng thu giữ năng lượng mặt trời trong những tháng mùa hè và lưu trữ để sử dụng vào mùa đông - thời điểm có ít năng lượng mặt trời hơn.
Điều này sẽ là minh chứng vô giá để ứng dụng vào hệ thống sưởi ấm trong hệ thống ngoài lưới điện hoặc ở các vùng xa, hoặc làm yếu tố bổ sung cho hệ thống sưởi thông thường trong nhà và văn phòng. Nó cũng có thể được tạo ra như một lớp phủ mỏng và được phủ lên bề mặt của các tòa nhà, hoặc được sử dụng trên kính chắn gió của ô tô, nơi có thể sử dụng nhiệt tích trữ để khử băng kính vào những buổi sáng mùa đông lạnh giá.
Vật liệu khung cơ kim khi kết hợp phân tử azobenzen có thể lưu trữ năng lượng mặt trời ít nhất 4 tháng
Vật liệu được tạo ra dựa trên một loại 'khung hữu cơ kim loại' (MOF). Chúng bao gồm một mạng lưới các ion kim loại được liên kết bởi các phân tử gốc cacbon để tạo thành cấu trúc 3-D. Một đặc tính chính của MOF là xốp, có nghĩa là chúng có thể tạo thành vật liệu composite bằng cách chứa các phân tử nhỏ khác trong cấu trúc của chúng.
Nhóm nghiên cứu Lancaster đã bắt đầu khám phá xem liệu hỗn hợp MOF, được điều chế trước đây bởi một nhóm nghiên cứu riêng biệt tại Đại học Kyoto, Nhật Bản và được gọi là 'DMOF1', có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng - điều chưa được nghiên cứu trước đây.
Các lỗ của khung MOF chứa nhiều phân tử azobenzene - một hợp chất hấp thụ ánh sáng mạnh mẽ. Các phân tử này hoạt động như công tắc quang, là một loại 'máy phân tử' có thể thay đổi hình dạng khi có tác động kích thích bên ngoài, chẳng hạn như ánh sáng hoặc nhiệt.
Trong các thử nghiệm, các nhà nghiên cứu đã cho vật liệu tiếp xúc với tia UV, ánh sáng này khiến các phân tử azobenzene thay đổi hình dạng thành một hình trạng căng trong các lỗ MOF. Quá trình này lưu trữ năng lượng theo cách tương tự như thế năng của một lò xo bị uốn cong. Điều quan trọng là các lỗ MOF hẹp sẽ giữ các phân tử azobenzene ở dạng căng của chúng, có nghĩa là năng lượng tiềm năng có thể được lưu trữ trong thời gian dài ở nhiệt độ phòng.
Năng lượng được giải phóng một lần nữa khi nhiệt bên ngoài được sử dụng như một yếu tố kích hoạt để 'chuyển đổi' trạng thái của nó, và sự giải phóng này có thể diễn ra rất nhanh - hơi giống như một chiếc lò xo bật thẳng trở lại. Điều này cung cấp sự tăng nhiệt có thể được sử dụng để làm ấm các vật liệu khác của thiết bị.
Các thử nghiệm sâu hơn cho thấy vật liệu này có thể lưu trữ năng lượng trong ít nhất bốn tháng. Đây là một khía cạnh thú vị của khám phá khi nhiều vật liệu phản ứng với ánh sáng sẽ hoạt động trở lại trong vòng vài giờ hoặc vài ngày. Thời gian dài của năng lượng dự trữ mở ra khả năng lưu trữ theo mùa.
Những phát hiện mang tính chứng minh khái niệm này mở ra hướng nghiên cứu mới để xem những vật liệu xốp nào khác có thể có đặc tính lưu trữ năng lượng tốt bằng cách sử dụng khái niệm công tắc quang hạn chế.
Mặc dù kết quả đầy hứa hẹn về khả năng lưu trữ năng lượng của vật liệu này trong thời gian dài, nhưng mật độ năng lượng của nó lại vô cùng khiêm tốn. Các bước tiếp theo cần phải tiến hành là nghiên cứu các cấu trúc MOF khác cũng như các loại vật liệu tinh thể thay thế có tiềm năng tích trữ năng lượng lớn hơn.
Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2020/12/201202114456.htm
Trần Hà (Theo ScienceDaily)
