Năng lượng mặt trời có thể coi là nguồn năng lượng vô tận. Nhưng chưa tới 1% được giữ lại trên trái đất qua quá trình quang hợp và bức xạ nhiệt. Vì vậy làm sao để giữ lại và chuyển thành các dạng năng lượng khác phục vụ con người là một đối tượng nghiên cứu đang được quan tâm hiện nay. Từ 1954, silicon solar cell ra đời để biến solar energy thành electricity và đã được liên tục cải tiến. Đến nay hiệu năng chuyển hóa cực đại solar energy to electricity của thiết bị này là 30%. Silicon solar cell phụ thuộc vào nền công nghiệp bán dẫn silicon, làm cho giá thành electricity tạo ra rất đắt hơn so với các nguồn năng lượng khác (fossil fuel, hydroelectricity, tidal power, geothermal power, wind power, nuclear power...). Nhiều nghiên cứu đang được tiến hành ở khắp các phòng TN trên thế giới để tìm ra thiết bị tối ưu nhằm giảm giá thành của nguồn năng lượng này. Và có thể nói là chưa đạt được thành tựu gì đáng kể. Hiện nay trên thế giới có ba hướng mà các nhà hóa học chúng ta có thể tham gia: solar hydrogen, solar cell, artificial photosynthesis.
Ở khoa ta hiện nay có vài người đã và đang nghiên cứu trực tiếp về các vấn đề này. Tuy là một phần rất nhỏ trong lĩnh vực phức tạp này và khả năng triển khai nghiên cứu ở khoa ta chắc còn xa; nhưng có còn hơn không, chúng ta hãy cùng nhau thảo luận về vấn đề này nhé. Trước hết là giúp cho nhiều người hiểu được lĩnh vực mới mẻ này, sau nữa là thảo luận các khả năng có thể triển khai nghiên cứu ở khoa Hóa mình.
Mình không có nhiều hiểu biết lắm về mảng này nên rất mong được thảo luận với mọi người để có thể tăng level về mảng này.
Mặt trời là nguồn chiếu sáng và cũng là nguồn cung cấp nhiệt cho Trái đất. Quá trình cung cấp này được hoạt động tương tự như principe của bom Hydro.Thực tế, năng lượng mặt trời có được là nhờ vào các phản ứng hạt nhân diễn ra trong hạt nhân của nó. Nhiệt độ cực cao của mặt trời (t° ở nhân có thể đạt đến khoảng 15 triệu độ) cho phép các nguyên tử H ở đó có thể đạt đến một "super" tốc độ và dẫn đến các sự va chạm với nhau. Các hạt nhân nguyên tử H hợp nhất theo nhóm của 4 hạt một với nhau và tạo thành He. Sự va chạm "shock" này là rất mạnh và một phần của atom chuyển thành năng lượng. Và chính năng lượng này là nguồn cung cấp ánh sáng và nhiệt lượng cho trái đất xinh tươi của chúng ta. Và đó cũng là nguồn cung cấp duy nhất cho Trái đất và vì vậy mới dẫn đến rất nhiều điều kiện khí hậu khác nhau trên trái đất.
Trái đất nhận năng lượng từ mặt trời, nhưng bên cạnh đó, năng lượng này cũng bị mất đi dưới dạng bức xạ. Và thực tế mặt trời bức xạ cũng như cơ thể chúng ta vậy. Tất cả vật chất có nhiệt độ cao hơn -273K đều phát bức xạ. Trong trường hợp của trái đất và cơ thể người thì bức xạ ấy là bức xạ hồng ngoại.
Con người mong muốn tận dụng nguồn năng lượng này dưới 2 dạng: chuyển thành năng lượng điện và hướng thứ hai là chuyển trực tiếp thành nhiệt.
-Pin mặt trời:
Việc chuyển năng lượng mặt trời thành điện năng được phát triển đầu tiên bởi Antoine Becquerel vào năm 1839(lâu lắc gùi). Vật liệu cơ bản cần thiết cho việc chuyển hóa này là Silic. Dưới tác dụng của hạt ánh sáng "photon", các hạt silic bị kích thích và sản sinh ra điện.
Còn trong việc tận dụng năng lượng mặt trời thành các thiết bị nhiệt thì đơn giản hơn: các thiết bị này được tạo nên từ một "vật đen", một chất lỏng caloporter (hỗn hợp nước và antigel (chất chống đông)), một thiết bị cách nhiệt, một lớp vỏ trong suốt (lớp vỏ này phải đảm bảo cho hiệu ứng nhà kính có thể diễn ra) (T° từ 30-90°)
Trên đây là một chút kiến thức cơ bản về lĩnh vực này mang tính chất phổ biến kiến thức nhiều hơn.
Những thành viên sau CẢM ƠN bạn nguyencyberchem vì ĐỒNG Ý với ý kiến của bạn:
hiện nay, mặc dù hiệu suất chuyển hóa đã có thể đạt đến 11% nhưng vấn đề quan trọng được đặt ra nhằm có thể ứng dụng trong thực tế chính là độ bền của vật liệu khi các vật liệu này được đặt rất lâu dưới ánh sáng, nhiệt đó, mưa, bão... Để có thể tiến hành một loại vật liệu có thể hoạt động bền bỉ trong khoảng thời gian 20 năm, mời các bạn sang bõ "vật liệu vô cơ" để tiếp tục thảo luận tiếp
to aqhl: sorry bạn nha, ben vo cơ còn ít bài quá, nên phải mở bên í.
Một trong những hướng nghiên cứu hiện nay trong solar energy là dùng ánh sáng mặt trời tách nước tạo H2, nguồn nhiên liệu lý tưởng trong tương lai. Bắt đầu nghiên cứu từ thập kỹ 1960, năm 1972 Akira Fujishima đăng công trình gây chấn động trên Nature. Dựa trên cell đơn giản nhưng có thể tách nước khi ánh sáng chiếu qua.
TiO2 dùng dạng rutile. Khi chiếu ánh sánh với bước sóng nhỏ hơn 415 nm (UV) lên bề mặt TiO2, xuất hiện dòng điện chạy từ điện cực platinum tới điện cực TiO2. Các pư xảy ra ở điện cực như sau:
Khi chiếu UV trên TiO2, tạo ra các lỗ trống và các electron. Lỗ trống kết hợp với nước tạo ra O2 và H+. e và H+ di chuyển qua điện cực platinum (H+ di chuyển trong dung dịch, e di chuyển trên dây dẫn). Tại điện cực Pt, H+ kết hợp với e tạo H2.
Tuy nhiên, hiệu quả tách nước trên hệ này rất nhỏ (< 1%), nên hiện nay nhiều nghiên cứu đang được tiến hành nhằm tăng hiệu quả tách nước.
Những thành viên sau CẢM ƠN bạn aqhl vì ĐỒNG Ý với ý kiến của bạn:
Năm 1991, Micheal Cratzel (Thụy Sĩ) công bố trên Nature một loại solar cell mới, hiệu suất chuyển hóa solar energy to electricity tương đối cao (10%), chi phí chế tạo rẽ hơn so với solar cell silicon bán dẫn, và thời gian sử dụng tương đối dài (10 năm). Cấu tạo gồm 2 điện cực thủy tinh (2 tấm thủy tinh phủ một lớp oxide dẫn điện) ghép lại với nhau. Điện cực anode được phủ bằng một lớp TiO2 hấp phụ dye. Điện cực cathode phủ một lớp platinum mỏng. Giữa 2 điện cực là dung dịch I-/I3- (iodide/triiodide, mediator).
Nguyên lý hoạt động: khi chiếu xạ, dye (S) hấp thu ánh sáng chuyển lên trạng thái kích thích (S*), S* truyền electron cho vùng dẫn (conduction band) của TiO2, chuyển tiếp vào điện cực thủy tinh và theo dây dẫn qua cathode. S* bị mất electron trở thành S+. S+ phản ứng với I- tạo S ban đầu và I3- (triiodide). Tại catode, electron pư với triiodide trở thành I- ban đầu (lớp platin mỏng xúc tác cho quá trình này nhanh hơn).
Chu trình cứ tiếp tục như vậy và liên tục tạo dòng điện qua dây dẫn.
thay đổi nội dung bởi: aqhl, ngày 05-22-2006 lúc 11:35 PM.
Để tìm loại dye có thể hấp thu vùng phổ ánh sáng mặt trời rộng (ánh sáng mặt trời là tập hợp các bức xạ có bước sóng từ 390-780 nm), hàng ngàn loại dye đã được tổng hợp. Họ dye hấp thu ánh sáng mặt trời tốt nhất hiện nay trên cơ sở phức ruthenium.
Một vấn đề là trong quá trình hoạt động của dye-sensitized solar cell, dưới tác dụng của ánh sáng, TiO2 xúc tác cho quá trình phân hủy dye làm giảm tuổi thọ cell. Đây là một vấn đề nan giải đang được nghiên cứu hiện nay.
Tuyệt lắm aqhl, rất cám ơn ông đã đầu tư nhiều vào bài viết rất hay này. Những bài như thế này sẽ làm forum thêm chất lượng nhiều hơn. Các bạn sv cố gắng kêu gọi nhiều bạn bè vào thảo luận nhé.
Hồi này tui cũng tìm sơ sơ một chút về solar cell thì thấy có bài báo này
The effect of pre-thermal treatment of TiO2 nano-particles on the performances of dye-sensitized solar cells
The-Vinh Nguyen, Hyun-Cheol Lee and O-Bong Yang,
School of Environmental and Chemical Engineering, Chonbuk National University, Jeonju, Jeonbuk 561-756, Republic of Korea
Thấy có người VN đã làm về cái này, không biết ông shampa có quen biết không nữa, nếu được, mời người này vào thảo luận sẽ thú vị lắm đó.
P/S:chán quá, hồi này gõ quá trời nhưng không hiểu sao trang này cứ bị out hoài.
Vấn đề này cực kì phức tạp. Trước hết mình thử tìm hiểu về photosensitization of electrode. Tại sao dye hấp thụ ánh sáng mặt trời thì lại xuất hiện electron và electron này lại có thể nhảy vào conduction band được? Vì bình thường dye liên kết với TiO2 thông qua ester bond, thì chỉ xen phủ vùng valence band thôi chứ?
Tổng hợp rất nhiều bài báo về solar-cell 1998-2006
Gửi các bạn rất nhiều tài liệu liên quan đến mảng này, mọi người có thêm công cụ để tiếp tục thảo luận về vấn đề này
Mình post link bằng usendit và mega, tha hồ mà down về nhé
aqhl
Solar energy
Linear Mode
