Theo ước tính chính thức, hoạt động sản xuất, vận chuyển, tiêu dùng phục vụ dân cư và mục đích thương mại ở Hoa Kỳ chỉ sử dụng khoảng 40% năng lượng được tiêu thụ, nhưng tỷ lệ lãng phí năng lượng lên đến 60%. Năng lượng thường được thải loại dưới dạng nhiệt hoặc nhiệt năng do công nghệ kém hiệu quả không khai thác được nguồn năng lượng tiềm năng đó. Giờ đây, một nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Massachusetts Amherst đã đạt được bước tiến lớn hướng đến khai thác nhiệt năng hiệu quả và tiết kiệm nhờ polyme.

Dhandapani Venkataraman, đồng tác giả nghiên cứu dự báo: "Đây sẽ là điều gây bất ngờ trong lĩnh vực này, mang đến cho chúng ta một biến số quan trọng khác mà chúng tôi có thể thay đổi để cải thiện hiệu suất nhiệt điện của các polyme. Từ đó, chúng tôi và các nhà khoa học khác sẽ xem xét tính chất điện nhiệt của polyme theo một hướng mới”.

Zlatan Aksamija, kỹ sư điện và là một trong số các tác giả giải thích: "Sử dụng polyme để chuyển đổi nhiệt năng thành điện thông qua khai thác nhiệt thải trong những năm gần đây đã được quan tâm nhiều. Nhiệt thải vừa là chất thải cũng vừa là một nguồn tài nguyên; quy trình thải càng nhiều nhiệt thì càng kém hiệu quả”. Thu nhiệt thải sẽ bớt khó khăn hơn khi có nguồn gradient nhiệt độ cao cục bộ để hoạt động, chẳng hạn một nguồn nhiệt cao cấp giống như nhà máy điện.

Aksamija cho rằng polyme nhiệt điện khai thác nhiệt không hiệu quả bằng các phương pháp vô cơ có chi phí sản xuất đắt đỏ nhưng vẫn khá hiệu quả. Vì thế, polyme vẫn được nghiên cứu vì chúng có giá thành sản xuất rẻ và có thể được phủ trên các vật liệu dẻo như để quấn quanh ống khói của nhà máy điện.

Gần đây, các nhà khoa học đã khắc phục được hạn chế này nhờ quy trình "doping". Cụ thể, các nhà nghiên cứu đã trộn hóa chất hoặc các thành phần khác vào polyme để cải thiện khả năng di chuyển của điện tích và tăng hiệu quả.

Nhưng quy trình doping liên quan đến sự “đánh đổi”. Quá trình này có thể sinh ra dòng điện mạnh hơn nhưng điện áp do nhiệt sinh ra ít hơn hoặc điện áp cao và dòng điện yếu hơn. Để xử lý vấn đề này, các nhà hóa học đã tiến hành thí nghiệm để thực hiện các phân tích về hiệu suất theo đường cong dao động từ "không doping" đến "doping tối đa" để xác định sự cân bằng tốt nhất cho nhiều vật liệu khác nhau. Bên cạnh đó, các nhà khoa học cũng đã phát hiện ra biến số hoàn toàn mới chưa được tính đến, rất quan trọng đối với khả năng polyme pha tạp thu năng lượng nhiệt hiệu quả.

Các nhà khoa học đã sử dụng Kính hiển vi lực quét dò Kelvin để thăm dò các chất độc ở cấp độ nano và chứng tỏ sự phân cụm thực sự có trong các polyme pha tạp ở nhiệt độ phòng, nhưng không phải ở nhiệt độ cao. Với xác nhận đó, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang lập mô hình đường cong trade-off mở rộng. Từ mô hình lý thuyết, nhóm nghiên cứu đã nhận thấy việc phân cụm làm thay đổi hình dạng của đường cong đó. Để tăng hiệu suất mà không làm yếu dòng điện hoặc điện áp, các nhà khoa học phải di chuyển toàn bộ đường cong trade-off.

Phát hiện nghiên cứu sẽ mở ra một hướng đi mới để thiết kế polyme hiệu quả hơn cho các thiết bị nhiệt điện.

N.P.D (NASATI), theo https://www.sciencedaily.com/releases/2019/07/190710151823.htm, 10/7/2019