Mô phỏng hoạt động của thiết bị “lá phổi” chuyển nước thành nhiên liệu
Thiết bị mô phỏng hệ hô hấp con người
Chúng ta thường xuyên hít vào và thở ra, tuy nhiên để hiểu rõ về “hoạt động 2 chiều” của hệ hô hấp thì tương đối phức tạp. Không khí khi được hít vào bên trong phổi, sẽ đi qua một lớp màng mỏng để tách lấy ô xy, chuyển vào trong các tế bào máu. Hydro và ô xy phản ứng với nhau tạo ra năng lượng cho các hoạt động của con người.
Thậm chí, năng lượng này còn có thể tạo ra điện năng. Một thiết bị mới hoạt động tương tự như lá phổi con người đã được nhóm các nhà khoa học thuộc khoa Khoa học và kỹ thuật vật liệu của trường Đại học Stanford áp dụng. Nhà nghiên cứu Yi Cui, thành viên của nhóm cho biết, họ đã lên kế hoạch mô phỏng lá phổi của con người để gia tăng hiệu suất của chất điện xúc tác, các vật liệu làm tăng lỷ lệ của phản ứng hóa học dùng để sản xuất khí hydro bằng cách tách nước.
Yi Cui và các đồng nghiệp của mình đã tạo ra một lớp màng dày cỡ khoảng 12 nanomet với các lỗ nhỏ li ti trên bề mặt. Một mặt của lớp màng này được bao phủ bởi các hạt nano vàng và bạch kim - những yếu tố có liên quan đến những phản ứng hóa học sẽ xảy ra trong toàn bộ qua trình. Sau đó, các nhà khoa học gấp tấm màng đó lại và sẽ tạo ra một chiếc túi nhỏ với mặt trong chính là lớp kim loại. Đặt chiếc túi này vào bên trong nước, sau đó truyền một lượng điện áp nhất định, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng mức năng lượng mà nó tạo ra cao hơn khoảng 32% so với cấu trúc màng phẳng thông thường.
Quy trình tách nước
Giới chuyên gia cho rằng, sở dĩ thiết bị có được mức hoạt động hiệu quả này là do hình dạng của nó giống như lá phổi con người đã giúp giảm thiểu tối đa lượng bóng khí, một yếu tố gây giảm hiệu suất trong quá trình phản ứng tạo năng lượng đang diễn ra. Các nhà nghiên cứu cho biết thêm rằng thiết bị này có thể hoạt động tối ưu nhất là ở nhiệt độ 100 độ C. Và chính đây cũng sẽ là một trong những điều kiện tiên quyết để các nhà khoa học Đại học Stanford tiếp tục phát triển thiết bị này và định hình sản xuất thương mại hóa trong tương lai.
Trong quá trình tách nước, điện áp được tích vào để tách nước thành các thành phần cấu tạo của nó là hydro và ô xy. Khí ô xy và hydro tiến vào trong thiết bị và tạo ra năng lượng khi chúng đi qua các loại kim loại có bên trong túi. Các tấm màng được làm từ carbon thường được dùng trong pin nhiên liệu có thể tạo ra các bong bóng trong quá trình này và gây thất thoát năng lượng, tuy nhiên với thiết bị mô phỏng lá phổi này nó sẽ làm giảm các bong bóng trên.
Đặc biệt, vật liệu này hoạt động khá ổn định. Các nhà khoa học Mỹ đã làm thí nghiệm trong 250 giờ và thấy chúng giữ lại được tới 97% hoạt động xúc tác, trong khi đó tấm màng làm từ vật liệu carbon truyền thống suy giảm tới 74% hoạt động chỉ trong khoảng thời gian 75 giờ. “Lá phổi có cấu trúc phân nhánh rất riêng biệt và chúng ta rất cần bắt chước để phát triển quy mô của thiết bị này trên toàn cầu”, Yi Cui cho biết.
Thiết bị mới hoạt động tương tự như lá phổi con người đã được nhóm các nhà khoa học thuộc khoa Khoa học và kỹ thuật vật liệu của trường Đại học Stanford áp dụng. Nhà nghiên cứu Yi Cui, thành viên của nhóm cho biết, họ đã lên kế hoạch mô phỏng lá phổi của con người để gia tăng hiệu suất của chất điện xúc tác, các vật liệu làm tăng lỷ lệ của phản ứng hóa học dùng để sản xuất khí hydro bằng cách tách nước.
