Protein trong rau cải làm tăng tính hiệu quả của pin mặt trời sinh học

14/08/2013

Những nghiên cứu tại trường đại học Vanderbilt được thực hiện bởi David Cliffel và Kane Jenning đã chỉ ra phương pháp để kết hợp silicon với protein có trong rau cải bó xôi để tế bào quang điện sinh học có thể đạt mức hiệu quả cao hơn, sản xuất bền vững và nhiều điện hơn trước kia và có thể trong tương lai sẽ tạo ra loại pin quang điện giá thành rẻ hơn và tính hiệu quả cao hơn.

Việc thêm protein của thực vật làm tăng lên đáng kể các tế bào quang năng silic

Hàng triệu năm tiến hóa đã khiến cho quá trình quang hợp trở thành một quá trình đặc biệt, không thể thiếu để sản xuất năng lượng nhưng việc phát triển hệ thống quang hợp nhân tạo để sản xuất điện ở bất cứ nơi nào được cho là một công việc cực kì khó khăn.

Hơn 40 năm qua các nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu một loại protein tham gia vào quá trình quang hợp ở thực vật gọi là Photosystem 1 (PS1). PS1 có một đặc điểm quan trọng là vẫn có thể làm việc bình thường ngay cả khi chúng được chiết xuất ra khỏi cây trồng. Loại protein này còn có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng với hiệu quả gần như là 100%, vượt xa mức hiệu quả của tế bào nhân tạo hiên đại nhất hiện nay.Thực tế là tế bào quang điện hữu cơ được làm từ nguyên liệu rẻ, sẵn có hơn là từ các thành phần ngoại lai.

Dù các nhà khoa học đã tìm ra cách để chiết xuất hiệu quả PS1 từ lá cây và đã sử dụng thành công để tạo ra các tế bào sinh học có thể sản xuất dòng điện khi bị phơi lâu dưới ánh sáng mặt trời nhưng lượng điện mà các tế bào có thể tạo ra trên mỗi inch lại rất thấp so với các tế bào pin quang năng thương mại. Thêm vào đó là hiệu suất của các tế bào quang năng nhanh chóng bị hao tổn.

Bước đột phá của đội Vanderbilt đó là tại điểm mà trước đó họ đã nỗ lực để thêm PS1 vào kim loại, họ lại sử dụng nó để kết hợp cùng silicon tạo ra một tế bào quang điện sinh học có tính hiệu quả cao hơn. Sản xuất tế bào vì vậy cũng tương đối đơn giản. Bề mặt của đế pin silicon được phủ một loại dung môi chứa nước trộn PS1, sau đó đế pin này được đưa vào buồng chân không và làm bay hơi nước để thu được các tấm phim pin protein chỉ có độ dày tương đương 100 phân tử.

Sự kết hợp giữa silicon và PS1 đã loại bỏ các vấn đề về tế bào kim loại khi mà kim loại cho dòng điện từ PS1 chạy qua theo cả hai chiều làm giảm hiệu suất. Với silicon, điện năng chỉ chạy theo một chiều duy nhất. Kết quả này thật đáng kinh ngạc. Mỗi một centimet vuông của tế bào silicon/PS1 sản sinh ra dòng điện có cường độ 850 microamps ở điện thế 0,3 vôn, nhiều hơn 2,5 lần các tế bào quang điện sinh học được tạo ra trước đây. Nhóm nghiên cứu ước tính rằng một tấm pin dài 0,6 m sẽ sản sinh ra dòng điện 100 mA ở điện thế 1 vôn, đủ chạy một thiết bị điện cỡ nhỏ.

“Sự kết hợp này tạo nên mức hiệu quả mới, lớn hơn 1000 lần so với những gì mà chúng tôi có thể đạt được bằng cách chiết các protein từ nhiều kim loại khác nhau. Nó cũng góp phần làm tăng điện áp một cách vừa phải.” David Cliffer, giáo sư ngành hóa học cho biết.

Những tế bào này cũng có tuổi thọ lớn hơn. Những tế bào sinh học cũ đã thoái hóa chỉ trong vài tuần nhưng tế bào mới này có thể hoạt động trong 9 tháng mà không hề mất đi tính hiệu quả.

Thanh Thảo (Theo Gizmag)

Protein trong rau cải làm tăng tính hiệu quả của pin mặt trời sinh học

Phổ biến các tiêu chuẩn quốc gia về hệ thống quản lý năng lượng

National Energy Efficiency Programme - Ministry of Industry and Trade