Các nhà khoa học tạo ra lượng điện năng gấp 1.000 lần pin Mặt Trời

Ta hoàn toàn có thể tạo ra năng lượng từ sự khác biệt giữa nước mặn và nước ngọt. Khi nước mặn và nước ngọt được chia tách ra bởi một màng ngăn một số loại ion nhất định, có một lực đẩy nước ngọt vào nước mặn. Và chính lực ấy có thể được sử dụng để sản xuất năng lượng, các nhà nghiên cứu đặt tên chúng là “năng lượng thẩm thấu”.

Nhưng sự sản sinh loại năng lượng này phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ di chuyển của một ion khi qua lớp màng ngăn: màng càng dày thì tất nhiên ion chảy qua sẽ càng chậm. Theo lý thuyết, năng lượng thẩm thấu có thể được tạo ra tự động với một lớp màng ngăn mỏng. Nhưng hệ thống dựa theo lý thuyết này có thể đạt được trong thực tế?

Gần đây, các nhà khoa học đã trả lời được câu hỏi này, bằng cách sử dụng một màng ngăn mỏng ở mức nguyên tử, tạo nên từ hợp chất hóa học molybdenum-disulfide (MoS₂). Trong báo cáo kết quả, họ mô tả một màng MoS₂ với một lỗ lọc nhỏ ở mức nano (0.000000001 m), màng đó được sử dụng để ngăn hai khối lớn chứa hai loại nước có nồng độ muối khác nhau, mục đích để tạo ra năng lượng thẩm thấu.

Đầu tiên, hãy hiểu về dòng thẩm thấu là gì

Không phải mọi loại ion đều có thể xuyên qua lỗ nano của màng MoS₂. Các điện tích bề mặt có tại lỗ lọc nano hạn chế việc luân chuyển ion, vì thế chỉ một số ion nhất định có thể đi qua lỗ nano ấy, từ đó tạo ra một dòng ion thẩm thấu. Kích cỡ của dòng ion sẽ được quyết định bởi các điện tích bề mặt có tại lỗ lọc nano.Phân tích kết quả thí nghiệm tại mức pH 5 cho thấy một điện tích bề mặt âm tồn tại tại lỗ lọc nano,. Và khi kích cỡ của lỗ lọc tăng lên thì lượng điện tích âm càng được tích nhiều tại bề mặt. Điều này sẽ khiến cho các ion âm sẽ không thể lọt qua lỗ lọc nano (chúng sẽ bị dội ngược lại) và cho phép các ion dương đi qua. Kết quả có được là một dòng điện ion dương đi qua màng ngăn.

Các nhà nghiên cứu cũng tìm ra rằng độ dẫn điện của lỗ lọc nano tăng lên tỉ lệ thuận với độ pH. Họ cho rằng đây có thể là do lượng điện tích bề mặt âm tăng lên tại lỗ lọc này. Tương tự, việc tăng độ pH tăng dòng điện cũng khiến điện áp và bản thân dòng điện tăng lên. Tất cả đều chỉ ra tầm quan trọng của lượng điện tích bề mặt tại lỗ lọc nano tới các chuyển động của ion.

Ảnh hưởng của độ dày và độ lớn

Để hiểu hơn về vấn đề này, các nhà nghiên cứu muốn thử nghiệm thêm về ảnh hưởng của kích cỡ lỗ lọc nano lên đường đi cũng ion cũng như ảnh hưởng tới kết quả của lượng điện tạo ra được. Họ tìm ra rằng việc chọn lọc ion của lỗ lọc này giảm khi mà kích cỡ của lỗ lọc này tăng lên. Điều này cũng dễ hiểu thôi, bởi lẽ vành của lỗ lọc nano càng xa thì những ảnh hưởng mà chúng mang lại tới điểm giữa lỗ lọc càng ít.

Độ dày của màng ngăn cũng là một thành tố tối quan trọng trong lượng điện năng có thể được tạo ra bằng phương pháp này. Theo như lý thuyết thì màng càng mỏng sẽ tạo ra lượng điện năng càng lớn. Một chương trình giả lập được tạo ra, nhằm thử nghiệm vấn đề này và đúng như dự đoán,lượng điện tạo ra càng ít khi mà số lượng lớp _​ tăng lên. Dù vậy thì đây mới chỉ là thử nghiệm giả lập, những thử nghiệm thực tế vẫn chưa được tiến hành.

Một câu hỏi lớn nữa là lượng năng lượng tạo ra được là bao nhiêu với một hệ thống tưởng chừng đơn giản như vậy? Các nhà khoa học đã thực hiện tính toán bằng cách thử nghiệm trên hệ thống giả lập gồm một lớp MoS₂ có độ dày bằng một nguyên tử, 30% bề mặt của màng ngăn này chứa những lỗ lọc có đường kính 10 nanomet (0.00000001 m). Với một gradien muối chuẩn, bạn có thể có được tỷ trọng năng lượng là 1.000.000 W/m². Nếu bạn chưa hình dung cụ thể ra thì đây, lượng năng lượng mà ta có được từ pin Mặt Trời rơi vào khoảng 1.000 W/m².

Từ con số khổng lồ ấy, ta thấy được tiềm năng của một nguồn năng lượng tái tạo cực lớn từ lớp màng MoS₂ cùng với những lỗ lọc nano. Mặc dù vẫn có những khó khăn nhất định trong việc tạo ra một màng ngăn ở mức nguyên tử đủ lớn để tạo ra lượng điện năng lớn, ta vẫn có thể thấy được tìềm năng sử dụng của công nghệ này, đó là tạo ra điện năng cho các thiết bị điện tử.