Không gì là không thể ở Trung Quốc: Dùng công nghệ ‘rẻ tiền’ tạo ra điện từ muối và băng, phát năng lượng ở cả vùng lạnh giá lẫn ‘trên trời’

Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học Nature Materials, nhóm tác giả cho biết băng khi được pha trộn với muối và chịu tác động uốn cong có thể tạo ra phản ứng điện tương đương với một số vật liệu gốm điện tốt nhất hiện nay. Đây là kết quả của hiện tượng gọi là "hiệu ứng điện uốn" (flexoelectricity) - quá trình mà một vật liệu phát sinh điện tích khi bị biến dạng không đồng đều.

Hiệu ứng này đã được các nhà nghiên cứu tại Đại học Giao thông Tây An (Trung Quốc), Viện Vật liệu IMDEA và Viện Khoa học Nano và Công nghệ Catalan (Tây Ban Nha) quan sát được từ trước. Tuy nhiên, khả năng sinh điện tự nhiên của băng thông thường quá yếu, chưa đủ để ứng dụng vào các thiết bị cơ điện như mô-tơ, máy phát hay các thiết bị gia dụng.

Điểm đột phá trong nghiên cứu mới chính là việc “doping”, hay còn gọi là pha trộn, băng với muối. Theo nhóm tác giả, việc thêm muối đã giúp hệ số flexoelectric của băng tăng gấp 1.000 lần. Cụ thể, khi một khối băng muối bị uốn cong, các phân tử nước và ion trong băng sẽ di chuyển từ vùng bị nén sang vùng bị kéo giãn thông qua các kênh cực nhỏ. Dòng di chuyển này mang điện tích và sinh ra một hiện tượng điện động học gọi là "dòng chảy dòng điện" (streaming current).

Điều đặc biệt là toàn bộ quá trình này có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên, nơi có khí hậu lạnh giá, mà không cần đầu tư vào thiết bị công nghệ cao. “Điều này mở ra khả năng phát triển các thiết bị cảm biến và thu hoạch năng lượng giá rẻ, được sản xuất ngay tại chỗ ở những khu vực lạnh”, nhóm nghiên cứu cho biết.

Chia sẻ với China Science Daily, nhà nghiên cứu Ma Qianqian của Đại học Giao thông Tây An nhấn mạnh rằng công trình “đã mở ra cánh cửa cho việc phát triển thực tiễn năng lượng từ băng”.

Dù hiện tại nghiên cứu vẫn còn trong giai đoạn phòng thí nghiệm, nhưng Ma bày tỏ kỳ vọng trong tương lai về việc con người có thể chế tạo các thiết bị cơ điện ngay trên nền băng tại các môi trường khắc nghiệt, thậm chí cả trên những hành tinh băng giá ngoài vũ trụ để tạo ra nguồn năng lượng tái tạo bền vững.

Dẫu vậy, con đường từ phòng thí nghiệm ra thực tế vẫn còn nhiều thách thức. Khó khăn lớn nhất hiện nay là sản lượng điện tạo ra vẫn còn rất nhỏ, chưa đủ để cung cấp cho các thiết bị có công suất lớn. Ngoài ra, băng muối cũng có hiện tượng “mỏi” theo thời gian, nghĩa là khả năng tạo điện của nó sẽ suy giảm sau nhiều lần sử dụng.

Tuy vậy, giới khoa học đánh giá phát hiện này mang lại bước tiến quan trọng trong việc tận dụng tiềm năng chưa được khai phá của băng. Hơn 10% diện tích bề mặt Trái Đất hiện đang bị bao phủ bởi băng, nhưng cho đến nay gần như chưa có nỗ lực nghiêm túc nào để khai thác năng lượng từ lớp vỏ lạnh giá này.

Đáng chú ý, nhóm nghiên cứu còn cho rằng phát hiện này có thể liên quan đến các hoạt động điện tự nhiên ở những vùng băng tuyết trên Trái Đất và thậm chí cả trên các vệ tinh băng giá trong hệ Mặt Trời như Europa (mặt trăng của sao Mộc) hay Enceladus (mặt trăng của sao Thổ).

Theo SCMP