Các nhà khoa học Thụy Sĩ đã phát triển một loại máy phát điện nano thẩm thấu kiểu mới, có thể chuyển đổi năng lượng thẩm thấu thành điện năng với hiệu suất cao hơn hẳn các thiết bị cùng loại. Đây sẽ là động lực mới cho xu hướng công nghệ khai thác năng lượng xanh dựa trên gradien nồng độ muối, ví dụ ở các vùng cửa sông, khi nước ngọt phối trộn với nước biển.
Với tiềm năng có thể trở thành nguồn năng lượng lớn, việc áp dụng lực thẩm thấu để khai thác năng lượng đã thu hút nhiều mối quan tâm trong những năm gần đây. Ước tính, trên toàn thế giới người ta có thể khai thác tổng cộng khoảng 2 TW năng lượng sạch - tương đương khoảng 2000 nhà máy điện nguyên tử - ở những nơi có gradien nồng độ muối.
Hiện nay, trên thế giới đã có hai công nghệ màng để khai thác năng lượng thẩm thấu từ những dung dịch có nồng độ muối khác nhau. Công nghệ đầu tiên là thẩm thấu áp lực chậm (PRO), sử dụng màng ngăn để khai thác chênh lệch áp suất và truyền động cho một tuabin, còn công nghệ thứ hai là thẩm tách ngược (RED) với quá trình trao đổi ion qua màng tích điện. Nhưng cả hai phương pháp này đều có hiệu quả hạn chế, chỉ có khả năng tạo ra điện năng khoảng vài W trên mỗi m2 màng. Một nhà máy điện theo công nghệ thẩm thấu PRO, được khánh thành tại Statkraft (Nauy) vào năm 2009, đã bị coi là không có hiệu quả kinh tế và phải ngừng hoạt động vào năm 2013.
Năm 2013, các nhà nghiên cứu Pháp đã phát triển một loại vật liệu tốt hơn, đó là ống nano bo nitrua, có khả năng tạo ra 1000 W điện năng trên mỗi m2.
Nay các nhà khoa học tại Viện Công nghệ liên bang Thụy Sĩ mới phát hiện một loại vật liệu còn tốt hơn nhiều, đó là màng molybden disulphua (MoS2) dày cỡ nguyên tử, có khả năng tạo ra điện năng cao hơn vài bậc so với màng bo nitrua và có thể được chế tạo với diện tích lớn gấp 1 triệu lần so với các màng thẩm thấu RED thông thường.
Theo các nhà nghiên cứu, đây là loại màng mỏng nhất hiện nay được áp dụng cho công nghệ thẩm thấu. Do tốc độ vận chuyển qua màng tỷ lệ nghịch với chiều dày nên màng MoS2 tạo ra mật độ năng lượng rất lớn.
Máy phát điện nano theo công nghệ RED của các nhà khoa học Thụy Sĩ có một màng MoS2 dày 0,65 nm với một lỗ nano ngăn cách hai khoang đựng dung dịch KCl ở các nồng độ khác nhau. Gradien thế hóa học được tạo thành ở lỗ nano này, nơi hai dung dịch có thể phối trộn với nhau, vì vậy đẩy các ion kali và clo qua lỗ. Do bề mặt lỗ được tích điện âm nên nó đẩy nhiều ion dương đi qua hơn các ion âm, vì vậy tạo ra dòng điện. Nhóm nghiên cứu đã trình diễn khả năng của máy phát điện nano này bằng cách cấp điện cho bóng bán dẫn MoS2. Tuy mới chỉ biểu thị ở quy mô nhỏ, nhưng các nhà nghiên cứu cho biết máy phát điện nano này có thể được nâng cấp lên quy mô lớn hơn để phát điện nhờ lực thẩm thấu ở các vùng cửa biển.
Theo một nhà khoa học tại Trung tâm nghiên cứu khoa học quốc gia ở Pari (Pháp), vật liệu màng mới nói trên có thể tạo ra đột phá trong lĩnh vực phát điện bằng năng lượng thẩm thấu. Ngoài tiềm năng khai thác năng lượng thẩm thấu để sản xuất điện, những máy phát điện nano như trên có thể được sử dụng trong những ứng dụng quy mô nhỏ với năng lượng thấp, ví dụ cấp điện cho các thiết bị điện tử.
Với tiềm năng có thể trở thành nguồn năng lượng lớn, việc áp dụng lực thẩm thấu để khai thác năng lượng đã thu hút nhiều mối quan tâm trong những năm gần đây. Ước tính, trên toàn thế giới người ta có thể khai thác tổng cộng khoảng 2 TW năng lượng sạch - tương đương khoảng 2000 nhà máy điện nguyên tử - ở những nơi có gradien nồng độ muối.
Hiện nay, trên thế giới đã có hai công nghệ màng để khai thác năng lượng thẩm thấu từ những dung dịch có nồng độ muối khác nhau. Công nghệ đầu tiên là thẩm thấu áp lực chậm (PRO), sử dụng màng ngăn để khai thác chênh lệch áp suất và truyền động cho một tuabin, còn công nghệ thứ hai là thẩm tách ngược (RED) với quá trình trao đổi ion qua màng tích điện. Nhưng cả hai phương pháp này đều có hiệu quả hạn chế, chỉ có khả năng tạo ra điện năng khoảng vài W trên mỗi m2 màng. Một nhà máy điện theo công nghệ thẩm thấu PRO, được khánh thành tại Statkraft (Nauy) vào năm 2009, đã bị coi là không có hiệu quả kinh tế và phải ngừng hoạt động vào năm 2013.
Năm 2013, các nhà nghiên cứu Pháp đã phát triển một loại vật liệu tốt hơn, đó là ống nano bo nitrua, có khả năng tạo ra 1000 W điện năng trên mỗi m2.
Nay các nhà khoa học tại Viện Công nghệ liên bang Thụy Sĩ mới phát hiện một loại vật liệu còn tốt hơn nhiều, đó là màng molybden disulphua (MoS2) dày cỡ nguyên tử, có khả năng tạo ra điện năng cao hơn vài bậc so với màng bo nitrua và có thể được chế tạo với diện tích lớn gấp 1 triệu lần so với các màng thẩm thấu RED thông thường.
Theo các nhà nghiên cứu, đây là loại màng mỏng nhất hiện nay được áp dụng cho công nghệ thẩm thấu. Do tốc độ vận chuyển qua màng tỷ lệ nghịch với chiều dày nên màng MoS2 tạo ra mật độ năng lượng rất lớn.
Máy phát điện nano theo công nghệ RED của các nhà khoa học Thụy Sĩ có một màng MoS2 dày 0,65 nm với một lỗ nano ngăn cách hai khoang đựng dung dịch KCl ở các nồng độ khác nhau. Gradien thế hóa học được tạo thành ở lỗ nano này, nơi hai dung dịch có thể phối trộn với nhau, vì vậy đẩy các ion kali và clo qua lỗ. Do bề mặt lỗ được tích điện âm nên nó đẩy nhiều ion dương đi qua hơn các ion âm, vì vậy tạo ra dòng điện. Nhóm nghiên cứu đã trình diễn khả năng của máy phát điện nano này bằng cách cấp điện cho bóng bán dẫn MoS2. Tuy mới chỉ biểu thị ở quy mô nhỏ, nhưng các nhà nghiên cứu cho biết máy phát điện nano này có thể được nâng cấp lên quy mô lớn hơn để phát điện nhờ lực thẩm thấu ở các vùng cửa biển.
Theo một nhà khoa học tại Trung tâm nghiên cứu khoa học quốc gia ở Pari (Pháp), vật liệu màng mới nói trên có thể tạo ra đột phá trong lĩnh vực phát điện bằng năng lượng thẩm thấu. Ngoài tiềm năng khai thác năng lượng thẩm thấu để sản xuất điện, những máy phát điện nano như trên có thể được sử dụng trong những ứng dụng quy mô nhỏ với năng lượng thấp, ví dụ cấp điện cho các thiết bị điện tử.
HV
Theo ChemistryWorld
Theo ChemistryWorld
