Phát hiện mới trong chuyển hoá nhiệt thải thành điện năng

08:22, 21/02/2025

Các nhà khoa học Mỹ phát triển thiết bị chuyển hóa nhiệt thải thành điện năng với một tấm kính cách nhiệt trong suốt cùng tia hồng ngoại.

Thiết bị TPV không khe hở chân không

Một tấm kính cách nhiệt trong suốt với tia hồng ngoại cho phép truyền tải năng lượng nhiệt hiệu quả, dẫn đến sự gia tăng đáng kể về công suất đầu ra.

Một nhóm kỹ sư và nhà khoa học vật liệu tại Đại học Colorado Boulder (Mỹ) đã phát triển một thiết bị nhiệt quang điện (thermophotovoltaic - TPV) mới có khả năng chuyển đổi bức xạ nhiệt thành điện năng với hiệu suất cao chưa từng có, thậm chí vượt qua giới hạn lý thuyết.

Thiết bị TPV khe hở không chân không, được thiết kế bởi nhóm nghiên cứu tại Đại học Colorado Boulder (Mỹ). Ảnh: CU Boulder

"Hai phần ba tổng năng lượng mà chúng ta sử dụng bị chuyển hóa thành nhiệt. Hãy nghĩ về việc lưu trữ năng lượng và tạo ra điện mà không cần đến nhiên liệu hóa thạch. Chúng ta có thể thu hồi một phần nhiệt năng bị lãng phí này và sử dụng nó để tạo ra điện sạch" - Phó Giáo sư Longji Cui, Trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết trong một thông cáo báo chí.

Mật độ công suất cao hơn nhờ ‘khe hở chân không bằng không’

Các hệ thống TPV truyền thống, vốn chuyển hóa nhiệt thành điện, bị giới hạn bởi định luật bức xạ nhiệt của Planck.

"Định luật Planck, một trong những nguyên lý nền tảng của vật lý nhiệt, đặt ra giới hạn về lượng nhiệt năng có thể khai thác từ một nguồn nhiệt ở một nhiệt độ nhất định", Cui giải thích.

Tuy nhiên, thiết bị mới của nhóm nghiên cứu tại CU Boulder đã đạt được mật độ công suất cao hơn so với các giới hạn trước đây, qua đó, thay đổi đáng kể cách áp dụng định luật này vào thực tiễn.

"Bằng cách thiết kế một thiết bị TPV độc đáo và nhỏ gọn, có thể cầm gọn trong lòng bàn tay, nhóm nghiên cứu đã vượt qua giới hạn chân không do định luật Planck đặt ra, giúp tăng gấp đôi mật độ công suất so với các thiết kế TPV thông thường", thông cáo báo chí cho biết.

Các thiết bị TPV truyền thống thường dựa vào một khe hở chứa khí hoặc chân không giữa nguồn nhiệt và tế bào quang điện, điều này gây ra tổn thất năng lượng đáng kể và làm giảm hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Nhóm nghiên cứu đã khắc phục hạn chế này bằng cách phát triển một thiết kế TPV mới với "khe hở chân không bằng không" (zero-vacuum gap), loại bỏ hoàn toàn khoảng không gian chứa khí hoặc chân không giữa nguồn nhiệt và tế bào quang điện.

Khả năng mở rộng quy mô nhờ tăng mật độ công suất

Thiết bị mới sử dụng một tấm kính cách nhiệt có khả năng truyền tia hồng ngoại, giúp cải thiện hiệu quả quá trình truyền tải năng lượng nhiệt và tăng đáng kể công suất đầu ra.

"Điều này tạo ra một kênh mật độ công suất cao, cho phép sóng nhiệt truyền qua thiết bị mà không bị suy giảm, từ đó cải thiện đáng kể hiệu suất phát điện," thông cáo báo chí nhấn mạnh.

Khác với các phương pháp trước đây vốn yêu cầu nhiệt độ cực cao để đạt được mức công suất tương đương, thiết bị này có thể hoạt động ở mức nhiệt thấp hơn nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất tối ưu.

Việc sử dụng các vật liệu sẵn có với chi phí thấp, chẳng hạn như thuỷ tinh, cũng là một điểm đáng chú ý trong nghiên cứu này.

Hơn nữa, các nhà nghiên cứu cho biết những vật liệu khác có thể giúp tăng mật độ công suất của thiết bị lên gấp 20 lần.

"Trước đây, khi muốn tăng mật độ công suất, người ta phải tăng nhiệt độ. Ví dụ, từ 1.500°C lên 2.000°C, thậm chí còn cao hơn, điều này không những không khả thi mà còn gây rủi ro an toàn cho toàn bộ hệ thống năng lượng", Cui giải thích.

"Giờ đây, chúng tôi có thể làm việc ở nhiệt độ thấp hơn, phù hợp với hầu hết các quy trình công nghiệp, trong khi vẫn tạo ra mức điện năng tương đương với các thiết bị TPV truyền thống có khe hở tích hợp. Thiết bị của chúng tôi hoạt động ở 1.000°C (1.832°F) nhưng đạt công suất tương đương với các hệ thống trước đây vận hành ở 1.400°C (2.552°F)", Cui lý giải thêm.

Hiệu suất cải tiến này có thể tác động sâu rộng đến nhiều ngành công nghiệp, bao gồm sản xuất, phát điện và giao thông vận tải. "Thiết bị này có tiềm năng cách mạng hóa các quy trình công nghiệp nhiệt độ cao, chẳng hạn như sản xuất kính, thép và xi măng, bằng cách tạo ra điện rẻ hơn và sạch hơn", thông cáo báo chí kết luận.

Việc tận dụng nhiệt thải để tạo ra điện không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo. 

Link gốc


Theo Báo Công Thương

Share

EVNEIC: Hành trình 30 năm “Truyền niềm tin – Lan tỏa giá trị”

EVNEIC: Hành trình 30 năm “Truyền niềm tin – Lan tỏa giá trị”

30 năm qua (1/4/1995 – 1/4/2025), Trung tâm Thông tin Điện lực (EVNEIC) đã không ngừng đổi mới, sáng tạo, khẳng định vai trò là cơ quan ngôn luận của Tập đoàn Điện lực Việt Nam.


EVNEIC: 30 năm qua những con số

EVNEIC: 30 năm qua những con số

Cùng điểm qua những con số ấn tượng của Trung tâm Thông tin Điện lực (EVNEIC) sau 30 năm xây dựng và phát triển (1/4/1995 - 1/4/2025).


Nữ cán bộ Điện lực Hương Sơn hiến máu cứu thai phụ

Nữ cán bộ Điện lực Hương Sơn hiến máu cứu thai phụ

Được chị Trần Thị Ngọc Thu - Trưởng phòng kinh doanh Điện lực Hương Sơn - hiến máu kịp thời, chị L.T.X (trú tại xã Sơn Tiến, huyện Hương Sơn, tỉnh Hà Tĩnh) đã vượt qua cơn nguy kịch, ổn định sức khỏe.


EVNCPC đảm bảo cung cấp điện ổn định trong dịp Giỗ Tổ Hùng Vương, Lễ 30/4 và 01/5 năm 2025

EVNCPC đảm bảo cung cấp điện ổn định trong dịp Giỗ Tổ Hùng Vương, Lễ 30/4 và 01/5 năm 2025

Tổng công ty Điện lực miền Trung (EVNCPC) đã triển khai đồng loạt các giải pháp nhằm đảm bảo cung cấp điện an toàn, ổn định trong dịp Giỗ Tổ Hùng Vương, Lễ 30/4 và 01/5 năm 2025, đáp ứng nhu cầu sinh hoạt, sản xuất và tổ chức các sự kiện quan trọng tại khu vực miền Trung - Tây Nguyên.


108.204 người tham gia tìm hiểu về tiết kiệm năng lượng hưởng ứng Giờ Trái đất năm 2025

108.204 người tham gia tìm hiểu về tiết kiệm năng lượng hưởng ứng Giờ Trái đất năm 2025

Cuộc thi trực tuyến "Tìm hiểu về tiết kiệm năng lượng hưởng ứng Giờ Trái đất năm 2025" triển khai từ từ 8h00 ngày 08/03/2025 đến 12h00 ngày 28/3/2025 đã chính thức khép lại. Chỉ trong một thời gian ngắn, cuộc thi đã thu hút 108.204 người tham gia, với tổng số lượt thi lên tới 146.192 lượt.