Thiết bị biến nhiệt thải thành điện có khả năng cạnh tranh công nghiệp
28/05/2015
291 Lượt xem
Trong một nghiên cứu mới, các chuyên gia vật lý thuộc trường Đại học Florida đã chứng minh thiết bị nhiệt điện làm bằng sợi nano có thể đạt hiệu suất cao đủ khả năng cạnh tranh công nghiệp, tiến tới tiết kiệm nhiên liệu và phục vụ các ứng dụng khác.
Ngoài thu hồi năng lượng từ nhiệt thải trong động cơ đốt trong của xe, các thiết bị nhiệt điện cũng có thể thực hiện các chức năng tương tự như trong các động cơ của tàu thủy cũng như các nhà máy điện, nhà máy lọc dầu và các địa điểm khác sản sinh khối lượng lớn nhiệt thải.
Các nhà khoa học giải thích việc sử dụng vật liệu rời trong các thiết bị nhiệt điện vốn không hiệu quả, nhưng thay thế bằng vật liệu nano xem ra có triển vọng hơn. Thiết bị mới gồm 2 đầu vật liệu có mức nhiệt khác nhau được kết nối bằng các dây nano rất mỏng, không tương tác với nhau. Mỗi dây nano truyền dòng điện từ đầu nóng sang đầu lạnh và công suất điện sẽ tăng lên khi nhiều dây nano được đặt song song với nhau.
Một trong những thách thức lớn đối với thiết bị nhiệt điện là các điều kiện tối ưu hóa hiệu suất và công suất của thiết bị là không giống nhau cho gradient nhiệt độ chênh lệch giữa 2 đầu, cũng như đối với các phụ tải điện khác nhau (mức năng lượng tiêu dùng vào một thời điểm xác định). Vì thế, thiết bị tối ưu gradient nhiệt độ và phụ tải cụ thể sẽ gần như không hoat động hiệu quả đối với gradient nhiệt độ hoặc phụ tải khác.
Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra cách khắc phục hạn chế này bằng cách áp điện vào các dây nano cho phép truyền tải điện dọc các dây nano chỉ ở mức năng lượng cao hơn một giá trị nhất định. Giá trị này phụ thuộc vào sự thay đổi gradient nhiệt độ và phụ tải, nhưng điện áp cũng có thể thay đổi để điều chỉnh hoạt động truyền tải điện và đồng thời tối ưu hiệu suất của thiết bị.
Sử dụng dây nano để kết nối các đầu cũng mang lại lợi ích thiết thực hơn so với các vật liệu khác vì chúng có thể được sản xuất với độ tin cậy và khả năng kiểm soát để đạt kích thước tối ưu.
Mặc dù phân tích lý thuyết cho thấy thiết bị được đề xuất có thể mang lại lợi thế hiệu suất cao hơn so với các thiết bị hiện nay, nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng còn quá sớm để đưa ra các đánh giá rõ ràng. Nhóm nghiên cứu hy vọng công trình nghiên cứu của họ mở ra hướng nghiên cứu để các nhà khoa học khác phát triển hơn nữa công nghệ.