Bùi Minh Nhật
Intern Writer
Một nhóm nhà khoa học tại Đại học California, Santa Barbara (UCSB) vừa công bố bước tiến mới đầy ấn tượng trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng khi phát triển thành công loại “pin ADN” có khả năng hấp thụ ánh sáng Mặt Trời, lưu trữ năng lượng trong thời gian dài rồi giải phóng theo yêu cầu.
Công nghệ mới được mô tả như một dạng “pin mặt trời lỏng”, hoạt động mà không cần kết nối lưới điện hay sử dụng các cụm pin lithium-ion cồng kềnh. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science và nhanh chóng thu hút sự chú ý trong bối cảnh thế giới đang chạy đua tìm kiếm giải pháp lưu trữ năng lượng cho kỷ nguyên AI và năng lượng tái tạo.
Theo nhóm nghiên cứu do Phó giáo sư Grace Han dẫn đầu, hệ thống sử dụng một hợp chất hữu cơ mang tên pyrimidone, có cấu trúc được lấy cảm hứng từ ADN tự nhiên. Khi tiếp xúc với tia cực tím từ ánh nắng Mặt Trời, các phân tử này sẽ thay đổi hình dạng và “khóa” năng lượng vào các liên kết hóa học ở trạng thái năng lượng cao.
Điểm đặc biệt là lượng năng lượng này có thể được lưu trữ trong thời gian rất dài mà gần như không bị thất thoát. Khi cần sử dụng, chỉ cần bổ sung một chất xúc tác hoặc lượng nhiệt nhỏ để kích hoạt, các phân tử sẽ quay về trạng thái ban đầu và giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt.
Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, hệ thống đã tạo ra mức nhiệt đủ lớn để đun sôi nước ngay trong điều kiện môi trường bình thường. Đây được xem là bước tiến quan trọng bởi các công nghệ lưu trữ nhiệt mặt trời trước đây thường gặp khó khăn trong việc tạo ra nhiệt độ đủ cao cho ứng dụng thực tế.
Không chỉ vậy, “pin ADN” còn đạt mật độ năng lượng khoảng 1,65 megajoule/kg, cao gần gấp đôi so với mức khoảng 0,9 MJ/kg của pin lithium-ion truyền thống. Điều này đồng nghĩa cùng một kích thước, công nghệ mới có thể lưu trữ lượng năng lượng lớn hơn đáng kể.
Một ưu điểm khác là hệ thống phân tử này có khả năng sạc và xả gần như vô hạn mà không bị suy giảm hiệu suất theo thời gian. Trong khi đó, pin lithium-ion thông thường sẽ dần xuống cấp sau nhiều chu kỳ sử dụng do các phản ứng hóa học bên trong.
Theo các nhà nghiên cứu, công nghệ này đặc biệt phù hợp cho các hệ thống sưởi ngoài lưới điện. Chất lỏng lưu trữ năng lượng có thể được bơm qua các bộ thu nhiệt mặt trời trên mái nhà vào ban ngày, sau đó lưu trữ trong bể chứa để cung cấp nhiệt cho nước nóng hoặc hệ thống sưởi vào ban đêm.
Ngoài lĩnh vực dân dụng, “pin ADN” còn có tiềm năng ứng dụng trong nhiều môi trường khác như thiết bị cắm trại, nấu ăn ngoài trời, chống đóng băng hoặc cung cấp nhiệt cho các khu vực không có điện lưới.
Hiện nhóm nghiên cứu cũng đang tìm cách kết hợp hệ thống lưu trữ nhiệt phân tử này với các máy phát nhiệt điện để chuyển phần nhiệt tích trữ thành điện năng. Trước đó, các nhà khoa học Thụy Điển cũng từng thử nghiệm một công nghệ tương tự có khả năng lưu trữ năng lượng Mặt Trời tới 18 năm trước khi giải phóng để tạo điện.
Sự xuất hiện của “pin ADN” diễn ra trong bối cảnh nhu cầu lưu trữ năng lượng toàn cầu đang tăng mạnh do sự phát triển bùng nổ của AI, trung tâm dữ liệu và năng lượng tái tạo. Theo nhiều dự báo, thị trường pin lưu trữ năng lượng toàn cầu có thể vượt mốc 100 tỷ USD trước năm 2030.
Công nghệ mới được mô tả như một dạng “pin mặt trời lỏng”, hoạt động mà không cần kết nối lưới điện hay sử dụng các cụm pin lithium-ion cồng kềnh. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science và nhanh chóng thu hút sự chú ý trong bối cảnh thế giới đang chạy đua tìm kiếm giải pháp lưu trữ năng lượng cho kỷ nguyên AI và năng lượng tái tạo.
Theo nhóm nghiên cứu do Phó giáo sư Grace Han dẫn đầu, hệ thống sử dụng một hợp chất hữu cơ mang tên pyrimidone, có cấu trúc được lấy cảm hứng từ ADN tự nhiên. Khi tiếp xúc với tia cực tím từ ánh nắng Mặt Trời, các phân tử này sẽ thay đổi hình dạng và “khóa” năng lượng vào các liên kết hóa học ở trạng thái năng lượng cao.
Điểm đặc biệt là lượng năng lượng này có thể được lưu trữ trong thời gian rất dài mà gần như không bị thất thoát. Khi cần sử dụng, chỉ cần bổ sung một chất xúc tác hoặc lượng nhiệt nhỏ để kích hoạt, các phân tử sẽ quay về trạng thái ban đầu và giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt.
Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, hệ thống đã tạo ra mức nhiệt đủ lớn để đun sôi nước ngay trong điều kiện môi trường bình thường. Đây được xem là bước tiến quan trọng bởi các công nghệ lưu trữ nhiệt mặt trời trước đây thường gặp khó khăn trong việc tạo ra nhiệt độ đủ cao cho ứng dụng thực tế.
Không chỉ vậy, “pin ADN” còn đạt mật độ năng lượng khoảng 1,65 megajoule/kg, cao gần gấp đôi so với mức khoảng 0,9 MJ/kg của pin lithium-ion truyền thống. Điều này đồng nghĩa cùng một kích thước, công nghệ mới có thể lưu trữ lượng năng lượng lớn hơn đáng kể.
Một ưu điểm khác là hệ thống phân tử này có khả năng sạc và xả gần như vô hạn mà không bị suy giảm hiệu suất theo thời gian. Trong khi đó, pin lithium-ion thông thường sẽ dần xuống cấp sau nhiều chu kỳ sử dụng do các phản ứng hóa học bên trong.
Theo các nhà nghiên cứu, công nghệ này đặc biệt phù hợp cho các hệ thống sưởi ngoài lưới điện. Chất lỏng lưu trữ năng lượng có thể được bơm qua các bộ thu nhiệt mặt trời trên mái nhà vào ban ngày, sau đó lưu trữ trong bể chứa để cung cấp nhiệt cho nước nóng hoặc hệ thống sưởi vào ban đêm.
Ngoài lĩnh vực dân dụng, “pin ADN” còn có tiềm năng ứng dụng trong nhiều môi trường khác như thiết bị cắm trại, nấu ăn ngoài trời, chống đóng băng hoặc cung cấp nhiệt cho các khu vực không có điện lưới.
Hiện nhóm nghiên cứu cũng đang tìm cách kết hợp hệ thống lưu trữ nhiệt phân tử này với các máy phát nhiệt điện để chuyển phần nhiệt tích trữ thành điện năng. Trước đó, các nhà khoa học Thụy Điển cũng từng thử nghiệm một công nghệ tương tự có khả năng lưu trữ năng lượng Mặt Trời tới 18 năm trước khi giải phóng để tạo điện.
Sự xuất hiện của “pin ADN” diễn ra trong bối cảnh nhu cầu lưu trữ năng lượng toàn cầu đang tăng mạnh do sự phát triển bùng nổ của AI, trung tâm dữ liệu và năng lượng tái tạo. Theo nhiều dự báo, thị trường pin lưu trữ năng lượng toàn cầu có thể vượt mốc 100 tỷ USD trước năm 2030.
