Pin mặt trời có cơ chế tự sửa chữa giống hệ thống sửa chữa của thực vật

03/09/2013

Các nhà khoa học đang chế tạo ra một loại pin mặt trời mới có thể tự sửa chữa sai sót tương tự như hệ thống quang hợp của thực vật trong tự nhiên nhờ sử dụng ống nano cácbon và ADN.

Các nhà khoa học đang chế tạo ra một loại pin mặt trời mới có thể tự sửa chữa sai sót tương tự như hệ thống quang hợp của thực vật trong tự nhiên nhờ sử dụng ống nano cácbon và ADN. Ứng dụng này nhằm làm tăng tuổi thọ và giảm chi phí của pin.

Theo Jon Hyun Choi, phụ tá giáo sư kỹ thuật cơ khí thuộc Đại học Purdue, Hoa Kỳ, từ các vật liệu nano quang học, các nhà khoa học đã chế tạo ra những hệ thống quang hóa nhân tạo nhằm hấp thu năng lượng mặt trời và chuyển hóa thành năng lượng điện.

Nhà thiết kế pin đã khai thác các tính chất đặc biệt của các cấu trúc ống nano cácbon đơn lớp. Các ống này được sử dụng như những dây điện bằng phân tử trong các tế bào hấp thu ánh sáng. Ứng dụng này sẽ mang lại nhiều hứa hẹn cho sự công nghiệp hóa. Tuy nhiên, nó vẫn còn đang trong thời kỳ nghiên cứu cơ bản.

Các tế bào điện hóa chuyển hóa ánh sáng mặt trời thành điện và sử dụng một chất điện phân, một loại chất lỏng dẫn điện, để truyền điện tử và tạo ra dòng điện. Các tế bào này có chứa các chất màu hấp thu ánh sáng được gọi là chromophore, và diệp lục, những phân tử bị thoái hóa khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Đây chính là nhược điểm lớn của các tế bào điện hóa thông thường.

Công nghệ mới đã khắc phục được vấn đề trên bằng cách sử dụng cơ chế của tự nhiên, thay thế liên tục các chất màu bị ánh sáng tiêu diệt bằng những phân tử mới. Quá trình tự tái sinh này hoàn thành trong tế bào thực vật trong vòng 1 giờ.

Ứng dụng mới này có thể giúp tạo ra một loại pin quang điện mới, hoạt động hết công suất vô thời hạn miễn là chromophore mới được bổ sung vào.

Nghiên cứu này được công bố chi tiết tại Hội nghị Kỹ thuật Cơ Khí Thế giới tại Vancouver và trên trang web SPIE, một tổ chức toàn cầu về quang học và photon học.

Các ống nano cáccbon hoạt động như một mặt nền để giữ ADN. ADN được thiết kế với trình tự các nucleotit nhất định để có thể phát hiện và gắn với các chromophore. ADN phát hiện ra các phân tử chất màu và sau đó, hệ thống sẽ tự động lắp ráp.

Khi đã thoái hóa, các phân tử chất màu có thể bị loại bỏ bằng các quy trình hóa học hoặc bằng cách bổ sung thêm các chuỗi ADN trình tự khác nhau để phân ly các phân tử chất màu đã bị ánh sáng tiêu diệt. Các chromophore mới sẽ có thể được bổ sung sau đó.

Hai yếu tố quan trọng đối với công nghệ bắt chước cơ chế tự sửa chữa của tự nhiên là: việc nhận biết phân tử và sự bền vững về nhiệt động học, hoặc khả năng tháo rời và tập hợp phân tử liên tục của hệ thống.

Nghiên cứu này được mở rộng từ nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ Massachusetts và Đại học Illinois. Nghiên cứu trước đó sử dụng chromophore sinh học được chiết xuất từ vi khuẩn. Tuy nhiên, việc sử dụng chromophore tự nhiên là rất khó khăn do các phân tử này phải được chiết tách từ vi khuẩn, một quá trình rất tốn kém để tái sản xuất trên quy mô công nghiệp. Vì vậy thay vì sử dụng chromophore sinh học, các nhà khoa học muốn sử dụng các loại thuốc nhuộm tổng hợp được gọi là porphyrin.

Theo ScienceDaily

Pin mặt trời có cơ chế tự sửa chữa giống hệ thống sửa chữa của thực vật

Ứng dụng IoT và AI trong quản lý và tiết kiệm năng lượng

Copyright by Agency for Innovation, Green Transition and Industry Promotion, Ministry of Industry and Trade