Tường là siêu tụ điện trong ngôi nhà tương lai

Thứ năm, 27/08/2020 09:48:21

Powerwall (tường năng lượng), được Elon Musk giới thiệu năm 2015, là công nghệ pin lithium ion có thể lưu trữ điện năng từ các tấm pin mặt trời vào ban ngày và cung cấp điện rẻ hơn vào ban đêm.
Sự lắng đọng của lớp phủ PDOT để biến viên gạch trở thành dẫn điện.
 
Pin điện trong ngôi nhà sử dụng hằng ngày ban đầu có giá bán khoảng 3.000USD, có công suất 7kWh, đủ để cung cấp cho khoảng một phần tư nhu cầu điện của một gia đình thông thường trong một ngày.
 
Các nhà khoa học Mỹ thuộc Viện Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu, Đại học Washington đưa ra giải pháp "gạch và vữa" cho khái niệm pin Powerwall, cho phép lưu trữ điện trong những viên gạch xây nhà bằng giải pháp chuyển đổi bức tường gạch thành siêu tụ điện. Đây có thể sẽ là giải pháp hữu hiệu với chi phí thấp để thay thế cho pin lithium ion của Powerwall.
 
Tổ hợp thành phần, cấu trúc và hình thái kiến trúc của gạch cho phép monome (các phân tử nhỏ) hữu cơ thâm nhập vào các lỗ rỗng của gạch, tiếp xúc với các bề mặt Fe (III) sẽ tạo thành lớp màng mỏng polymer dẫn điện phủ đồng đều những lỗ rỗng bên trong tường gạch.
 
Hai hiệu ứng hóa học biến gạch trở thành dẫn điện được tiến hành thành hai giai đoạn.
 
Giai đoạn đầu tiên của quá trình bao gồm phản ứng trùng hợp EDOT có xúc tác axit ở 160°C để tạo thành màng dẫn điện PDOT với hình thái lớp sợi phủ lên toàn bộ bề mặt lỗ rỗng trong viên gạch.
 
Giai đoạn thứ hai là phản ứng trùng hợp gốc oxy hóa 3,4-etylenglyhiophene EDOT thành poly-3,4-ethylenedioxythiophene PDOT bằng oxit sắt-hydroxit, FeOOH. Giai đoạn hai hình thành bằng cách hòa tan một phần các hạt nano haematit a-Fe2O3 trên bề mặt lỗ rỗng, tiếp tục quy trình phủ sợi.
 
Mức độ lấp đầy các lỗ rỗng và độ dày của lớp phủ được điều chỉnh bằng độ thẩm thấu hơi EDOT. Quá trình này có thể nhận thấy trực quan sự thay đổi màu tối dần của viên gạch, từ nâu cam sang màu xanh đen PEDOT Poly(3,4-ethylenedioxythiophene). 
 
Độ dẫn điện cao của PDOT trong và trên viên gạch mang lại các đặc tính và chức năng cần thiết cho một siêu tụ điện cũng như một điện cực với các tiếp điểm điện dễ dàng thực hiện. Siêu tụ điện gạch được bảo vệ chống thấm nước bằng lớp vỏ epoxy bên ngoài.
 
Siêu tụ điện gạch không thấm nước, độ bền cơ học cao có thể hoạt động ổn định trong phạm vi nhiệt độ -20 đến 60°C trong 10.000 chu kỳ sạc-xả với hiệu suất gần như 100% và khả năng duy trì công suất khoảng 90%.
 
Tụ điện gạch cho điện áp 3,6V với mô-đun ba viên gạch hoạt động trong điều kiện môi trường thông thường.
 
Hiệu suất của tụ điện cần được tăng lên khoảng 10 để có thể cạnh tranh với pin lithium ion. Các nhà khoa học đã giới thiệu một mẫu siêu tụ điện gạch, cung cấp năng lượng cho đèn led màu xanh lá cây.
 
Kết quả biến gạch thành tụ siêu dẫn của Phòng thí nghiệm D'Arcy, Khoa Hóa học, Đại học Washington ở St. Louis.
 
Công trình này cần được nghiên cứu và phát triển, có thể tạo ra bức tường năng lượng Powerwall, phù hợp với ngôi nhà điện giá rẻ, công nghệ lưu điện sáng tạo, chi phí thấp, có thể mở rộng và ứng dụng rộng rãi trong ngành xây dựng.

Link gốc
Theo: Khoa học đời sống