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

Cán bộ nhân viên Điện lực TP Hồ Chí Minh khẩn trương hoàn thành công tác chuẩn bị đảm bảo điện dịp đại lễ 30/4

Cán bộ nhân viên Điện lực TP Hồ Chí Minh khẩn trương hoàn thành công tác chuẩn bị đảm bảo điện dịp đại lễ 30/4

Trong niềm vinh dự và tự hào khi được giao trọng trách bảo đảm điện cho các sự kiện chính trị - xã hội trọng đại tại Thành phố mang tên Bác, những ngày này, các Điện lực trực thuộc Tổng công ty Điện lực TP.Hồ Chí Minh (EVNHCMC) đang dồn toàn lực, tập trung cao độ cho công tác đảm bảo cung cấp điện an toàn, ổn định phục vụ dịp đại lễ 30/4 sắp tới.


Báo động mất an toàn điện sau công tơ

Báo động mất an toàn điện sau công tơ

Khoảng 63% vụ cháy được xác định có nguyên nhân từ thiết bị điện hoặc sự cố điện, cho thấy nguy cơ mất an toàn điện sau công tơ – khu vực do người dân và doanh nghiệp trực tiếp quản lý. Nguyên nhân do đâu? Cùng tìm hiểu trong infographic dưới đây.


EVNSPC đóng điện thêm 4 công trình 110kV, chào mừng 50 năm Ngày Giải phóng miền Nam

EVNSPC đóng điện thêm 4 công trình 110kV, chào mừng 50 năm Ngày Giải phóng miền Nam

Ngày 26/4/2025, Tổng công ty Điện lực miền Nam (EVNSPC) phối hợp với các đơn vị liên quan tiếp tục đóng điện 4 công trình trọng điểm 110kV tại thành phố Cần Thơ và các tỉnh Vĩnh Long, Trà Vinh và Đồng Tháp; nâng tổng số công trình 110kV đã hoàn thành đóng điện từ đầu năm đến nay lên 42 công trình.


Đảng bộ EVNNPT: Tiếp tục nâng cao năng lực lãnh đạo toàn diện trong nhiệm kỳ 2025 - 2030

Đảng bộ EVNNPT: Tiếp tục nâng cao năng lực lãnh đạo toàn diện trong nhiệm kỳ 2025 - 2030

Ngày 28/4, tại Hà Nội đã diễn ra Đại hội đại biểu Đảng bộ Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia (EVNNPT) lần thứ IV, nhiệm kỳ 2025 - 2030. Đồng chí Đặng Hoàng An – Ủy viên BCH Đảng bộ Chính phủ, Bí thư Đảng ủy, Chủ tịch HĐTV EVN dự và chỉ đạo.


Tổng Bí thư Tô Lâm: Nước Việt Nam là một, dân tộc Việt Nam là một

Tổng Bí thư Tô Lâm: Nước Việt Nam là một, dân tộc Việt Nam là một

www.evn.com.vn trân trọng giới thiệu toàn văn bài viết của Tổng Bí thư Tô Lâm với tiêu đề: "Nước Việt Nam là một, dân tộc Việt Nam là một" nhân dịp kỷ niệm 50 năm Ngày Giải phóng miền Nam, thống nhất đất nước.