Một phát hiện mở đường cho “pin quang học“ tạo ra năng lượng mặt trời mà không cần đến các tế bào năng lượng mặt trời
Đã từ lâu người thường ta nghĩ rằng, ngay cả khi ánh sáng có các thành phần điện và từ, các tác dụng của từ trường quá yếu nên trên thực tế có thể bỏ qua. Hiện nay các nhà nghiên cứu tại Đại học Michigan (UM) đã phát hiện ra rằng trong điều kiện thích hợp, một trường ánh sáng có thể tạo ra hiệu ứng từ tính bằng 100 triệu lần mạnh hơn so với dự kiến trước đây. Các nhà nghiên cứu nói phát hiện này mở đường cho việc tạo ra một ”pin quang học” có thể khai thác năng lượng từ mặt trời mà không cần sử dụng đến các tế bào năng lượng mặt trời.
Một phát hiện mới của các nhà nghiên cứu UM có thể cho thấy năng lượng từ mặt trời được khai thác mà không có các tế bào năng lượng mặt trời (Ảnh: dingbat2005 qua Flickr)
Stephen Rand, một giáo sư trong các bộ phận về Kỹ thuật Điện và Khoa học Máy tính, Vật lý và Vật lý ứng dụng, và các đồng nghiệp phát hiện ra rằng nếu ánh sáng tập trung với một cường độ 10 triệu Watt trên mỗi centimet vuông (W/cm2) truyền qua một vật liệu không dẫn điện, như thủy tinh, các trường ánh sáng có thể tạo ra hiệu ứng từ trường có độ lớn tương đương với một tác động điện mạnh.
Đã từ lâu người thường ta nghĩ rằng, ngay cả khi ánh sáng có các thành phần điện và từ, các tác dụng của từ trường quá yếu nên trên thực tế có thể bỏ qua. Hiện nay các nhà nghiên cứu tại Đại học Michigan (UM) đã phát hiện ra rằng trong điều kiện thích hợp, một trường ánh sáng có thể tạo ra hiệu ứng từ tính bằng 100 triệu lần mạnh hơn so với dự kiến trước đây. Các nhà nghiên cứu nói phát hiện này mở đường cho việc tạo ra một ”pin quang học” có thể khai thác năng lượng từ mặt trời mà không cần sử dụng đến các tế bào năng lượng mặt trời.
Một phát hiện mới của các nhà nghiên cứu UM có thể cho thấy năng lượng từ mặt trời được khai thác mà không có các tế bào năng lượng mặt trời (Ảnh: dingbat2005 qua Flickr)
Stephen Rand, một giáo sư trong các bộ phận về Kỹ thuật Điện và Khoa học Máy tính, Vật lý và Vật lý ứng dụng, và các đồng nghiệp phát hiện ra rằng nếu ánh sáng tập trung với một cường độ 10 triệu Watt trên mỗi centimet vuông (W/cm2) truyền qua một vật liệu không dẫn điện, như thủy tinh, các trường ánh sáng có thể tạo ra hiệu ứng từ trường có độ lớn tương đương với một tác động điện mạnh.
“Điều này có thể làm xuất hiện một loại tế bào năng lượng mặt trời mới không có các chất bán dẫn và không có sự hấp thụ để tạo ra sự cách ly điện tích,” Rand nói. ”Trong các tế bào năng lượng mặt trời, ánh sáng đi vào vật liệu, được hấp thụ và tạo ra nhiệt. Ở đây, chúng tôi mong muốn một tải nhiệt thật thấp. Thay vì ánh sáng được hấp thu, năng lượng được lưu trữ dưới dạng mô-men từ tính. Độ từ hóa cực lớn có thể cảm ứng được từ ánh sáng cường độ cao và nạp vào một bộ nguồn điện dung. ”
William Fisher, một nghiên cứu sinh tiến sĩ vật lý ứng dụng tại UM, nói rằng một hiện tượng chưa được khám phá trước đây về “Nắn quang học” là cái có thể thúc đẩy việc này. Trong việc nắn quang học truyền thống, điện trường của ánh sáng gây ra sự kéo các điện tích dương và âm trong vật liệu ra xa nhau, do đó sẽ thiết lập một điện áp tương tự như trong pin. Hiệu ứng điện này được phát hiện chỉ trong vật liệu tinh thể có tính đối xứng nhất định, nhưng Rand và Fisher tìm thấy từ trường của ánh sáng cũng có thể tạo sự nắn quang học trong các loại vật liệu khác, trong các tình huống thích hợp.
Sắp xếp thí nghiệm phát xạ THz. Ảnh: depts.washington.edu
“Nó chỉ ra rằng từ trường bắt đầu uốn cong các điện tử thành hình chữ C và chúng dịch chuyển về phía trước từng tí một theo thời gian,” Fisher nói. ”Sự di chuyển điện tích dạng chữ C đó tạo ra cả hai, một lưỡng cực điện và một lưỡng cực từ trường. Nếu chúng ta có thể sắp xếp rất nhiều các trường này liên tiếp trong một cấu trúc sợi dài, chúng ta có thể tạo ra một điện áp rất lớn và nếu lấy được điện áp đó, chúng ta có thể thu được một nguồn năng lượng. ”
Mặc dù ánh sáng phải được tập trung xuyên qua một vật liệu không dẫn điện với một cường độ 10 triệu W/cm2, cao hơn nhiều so với cường độ ánh sáng mặt trời vào khoảng 0,136 W/cm2, các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm vật liệu mới có thể làm việc ở cường độ thấp hơn.
“Trong bài báo gần đây nhất của chúng tôi, chúng tôi đã chỉ ra rằng ánh sáng rời rạc như ánh sáng mặt trời về lý thuyết có hiệu suất chia tách điện tích hầu như tương đương với ánh sáng laser,” Fisher nói.
Các nhà nghiên cứu dự đoán rằng với các vật liệu cải tiến, họ có thể đạt được hiệu suất 10%, tương đương với cấp các tế bào năng lượng mặt trời thương mại hiện tại. Họ thêm rằng, vì kỹ thuật của họ không yêu cầu xử lý chất bán dẫn quy mô lớn như các tế bào năng lượng mặt trời truyền thống, nên có thể làm cho năng lượng mặt trời rẻ hơn nhiều.
Quảng cáo
“Tất cả chúng ta cần là các ống kính tập trung ánh sáng và vật liệu sợi để hướng ánh sáng. Thủy tinh có thể đảm nhận cả hai nhiệm vụ này. Thủy tinh được sản xuất với số lượng lớn, và cũng không cần phải xử lý nhiều. Gốm sứ trong suốt có thể là vật liệu tốt hơn”, Fisher nói.
Trong mùa hè này, đầu tiên các nhà nghiên cứu sẽ làm việc nhằm khai thác năng lượng điện với ánh sáng laser, và sau đó là ánh sáng mặt trời.
Bài viết của các nhà nghiên cứu có tiêu đề, “Quang cảm ứng chia tách điện tích và bức xạ điện từ terahertz trong chất điện môi không phân cực,” và Đại học Michigan đang theo đuổi bằng sáng chế cho công nghệ này.
Bởi Darren Qick, ngày 15 tháng 4 năm 2011
http://www.gizmag.com/discovery-paves-way-for-optical-battery/18410/
Quảng cáo
