Mỹ tạo ra loại chất lỏng kỳ lạ có thể "đóng chai" ánh sáng mặt trời và lưu giữ suốt một năm mà không bị hao hụt

Đáng chú ý, chất lỏng này còn sở hữu mật độ năng lượng cao gấp đôi so với pin Lithium Ion thông thường, mở ra khả năng trở thành giải pháp thay thế cho loại pin này trong tương lai.

Trong bộ truyện tranh Doraemon nổi tiếng của Nhật Bản, chú mèo máy đến từ tương lai từng kể rằng ở thời đại sau này, con người sử dụng một dạng năng lượng mới gọi là "ánh sáng khô", được tạo ra bằng cách cô đặc ánh nắng thành dạng rắn để làm nguồn chiếu sáng hoặc sưởi ấm.

Ý tưởng tưởng như chỉ xuất hiện trong trí tưởng tượng trẻ thơ đó đang dần trở thành sự thật, khi các nhà khoa học tại Đại học California, Santa Barbara (UCSB) vừa công bố một bước tiến lớn trong công nghệ lưu trữ năng lượng mặt trời: một loại chất lỏng đặc biệt có khả năng hấp thụ ánh nắng và giữ lại năng lượng ấy suốt nhiều tháng, thậm chí gần hai năm, mà không bị thất thoát cho đến khi con người cần giải phóng nó.

Nghiên cứu do Phó Giáo sư Grace Han cùng nhóm cộng sự thực hiện, tập trung vào một loại phân tử mang tên Dewar pyrimidone, được thiết kế đặc biệt để phản ứng với ánh sáng mặt trời. Khi tiếp xúc với ánh nắng, mỗi phân tử trong dung dịch sẽ trải qua sự biến đổi cấu trúc có thể đảo ngược, chuyển từ trạng thái năng lượng thấp sang dạng xoắn với mức năng lượng được tích trữ cao.

Han Nguyen, tác giả chính của nghiên cứu, minh họa quá trình này bằng một ví dụ quen thuộc: " Hãy nghĩ đến kính mắt đổi màu. Khi ở trong nhà, tròng kính trong suốt. Bước ra ngoài nắng, chúng tự động tối lại. Vào trong nhà, chúng lại trở nên trong suốt. Đó chính là kiểu thay đổi thuận nghịch mà chúng tôi quan tâm. Chỉ khác là thay vì đổi màu, chúng tôi dùng cơ chế đó để lưu trữ năng lượng, giải phóng khi cần, rồi tái sử dụng vật liệu lặp đi lặp lại ."

Nói đơn giản, mỗi phân tử giống như một chiếc lò xo cực nhỏ. Ánh sáng mặt trời sẽ "vặn" chiếc lò xo này căng ra và nó duy trì trạng thái đó cho đến khi có yếu tố kích hoạt như nhiệt độ hoặc axit, khiến phân tử trở về cấu trúc ban đầu và giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt.

Đáng chú ý, phân tử Dewar isomer có độ ổn định rất cao, với thời gian bán rã được ước tính khoảng 481 ngày ở nhiệt độ phòng, tương đương gần một năm rưỡi mà lượng năng lượng gần như không bị suy giảm.

Để kiểm chứng tính ứng dụng thực tế, nhóm nghiên cứu đã sử dụng nguồn năng lượng tích trữ trong dung dịch để đun sôi nước trong điều kiện thông thường. "Đun sôi nước là một quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng," Nguyen chia sẻ. "Việc chúng tôi có thể làm cho nước sôi ngay trong môi trường xung quanh là một bước tiến rất đáng kể."

So với pin lithium-ion – giải pháp lưu trữ năng lượng phổ biến hiện nay – dung dịch Dewar pyrimidone đạt mật độ năng lượng khoảng 1,6 MJ/kg, gần gấp đôi mức 0,9 MJ/kg của pin lithium-ion thông thường. Khác với pin cần chuyển đổi năng lượng qua nhiều giai đoạn từ điện sang hóa học rồi trở lại, hệ thống này lưu trữ năng lượng trực tiếp trong liên kết hóa học của phân tử, nhờ đó hạn chế tối đa thất thoát trong quá trình chuyển đổi.

Một ưu điểm thực tế khác nằm ở tính linh hoạt khi triển khai. Vì tồn tại dưới dạng dung dịch lỏng, nó có thể được bơm, vận chuyển và lưu trữ thông qua hệ thống đường ống thông thường mà không cần hạ tầng đặc biệt. Khi muốn tăng khả năng lưu trữ, chỉ cần tăng lượng dung dịch sử dụng.

Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi, từ hệ thống cung cấp nước nóng, sưởi ấm không gian sống, nấu ăn bằng năng lượng mặt trời cho đến lưu trữ năng lượng theo mùa, tích trữ vào mùa hè để sử dụng trong mùa đông.

Chính vì vậy, các nhà khoa học gọi công nghệ này bằng cụm từ "ánh sáng mặt trời đóng chai", một cách ví von gợi nhớ đến bảo bối tưởng như chỉ tồn tại trong thế giới Doraemon nhưng giờ đây đang dần trở thành hiện thực ngoài đời.