Trung Quốc lần đầu thử nghiệm pin mặt trời ở độ sâu 10 mét ngoài khơi

Một nhóm nhà khoa học thuộc Đại học Vân Nam vừa thử nghiệm hệ thống pin mặt trời dưới biển, mở rộng khả năng khai thác năng lượng sạch trong môi trường vốn rất khó tiếp cận. Kết quả được công bố ngày 11/9 trên tạp chí Joule, đồng thời được báo Tiền Phong thông tin, đánh dấu bước tiến đáng chú ý của công nghệ quang điện dưới nước. Điểm đặc biệt nằm ở việc hệ thống lần đầu chứng minh vật liệu perovskite có thể hoạt động thực tế ở độ sâu khoảng 10 mét. Khai thác ánh sáng mặt trời dưới nước khó hơn nhiều so với trên mặt đất, bởi cường độ ánh sáng suy giảm rất nhanh khi đi qua các tầng nước. Ở độ sâu khoảng 10 mét, chỉ còn một phần nhỏ ánh sáng từ bề mặt xuyên xuống, khiến các thiết bị quang điện thông thường khó duy trì hiệu suất. Đáng chú ý, ánh sáng đỏ, dải quang phổ mà pin silicon truyền thống khai thác hiệu quả, gần như bị nước biển hấp thụ hoàn toàn. Để giải quyết hạn chế đó, nhóm nghiên cứu sử dụng pin mặt trời perovskite halide chì, vật liệu có độ rộng vùng cấm khoảng 1,96 eV. Đặc tính này giúp pin hấp thụ hiệu quả hơn phần ánh sáng xanh lam và xanh lục còn sót lại trong môi trường dưới nước. Nhờ lựa chọn vật liệu phù hợp, hệ thống vẫn có thể tạo điện dù nguồn sáng suy yếu đáng kể sau nhiều mét nước. Perovskite có ưu thế về khả năng hấp thụ ánh sáng, nhưng thường kém ổn định khi tiếp xúc với nước hoặc chịu tác động lâu dài từ môi trường khắc nghiệt. Các nhà nghiên cứu bổ sung polyhexamethylene guanidine hydrochloride, còn gọi là PHMG, nhằm tăng độ bền cho vật liệu trong quá trình vận hành. Hệ thống cũng được đóng gói nhiều lớp bằng cao su butyl, kính và nhựa epoxy để hạn chế nước xâm nhập, chống áp lực cùng nguy cơ ăn mòn. Trong thử nghiệm, hai tấm pin được một robot mini vận chuyển, sau đó dùng để sạc pin lithium-ion tại những độ sâu khác nhau dưới nước. Với điều kiện ánh sáng mô phỏng độ sâu 10 mét, tấm pin nhỏ có diện tích chưa đến 0,09 cm² đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng 34,71%. Một mô-đun lớn hơn, rộng 28,79 cm², đạt hiệu suất 29,40%, cho thấy hệ thống vẫn khai thác được nguồn sáng yếu trên quy mô lớn hơn. Độ bền thiết bị tiếp tục được kiểm tra trong môi trường nước biển mô phỏng, nhằm đánh giá khả năng hoạt động ổn định trong thời gian dài. Sau 1.000 giờ ngâm liên tục, hệ thống vẫn duy trì 99,58% hiệu suất chuyển đổi năng lượng ban đầu. Kết quả này cho thấy lớp bảo vệ cùng giải pháp cải thiện vật liệu đã hạn chế đáng kể tác động của nước và môi trường xung quanh. Sau các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đưa công nghệ tới vùng biển gần đảo Vi Châu, còn gọi là Weizhou, để đánh giá điều kiện vận hành thực tế. Các mô-đun perovskite được lắp trên một robot lặn, thực hiện sạc pin lithium-ion ở các độ sâu 2 mét, 6 mét và 10 mét. Sau hai giờ tiếp xúc với ánh sáng, hệ thống lần lượt thu được 1.416 mWh, 752 mWh và 324 mWh tại ba độ sâu tương ứng. Nguồn điện tạo ra còn được dùng để thắp sáng một bảng đèn LED, qua đó cho thấy công nghệ có thể cung cấp năng lượng cho thiết bị thực tế dưới nước. Wen Hua Zhang, thành viên nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Vân Nam, cho biết các công trình trước đây chủ yếu tập trung vào vùng nước rất nông, khoảng 2 mét trở xuống. Theo nhóm nghiên cứu, công nghệ này có thể tiếp tục phát triển để cấp điện cho cảm biến, camera, thiết bị liên lạc, robot và tàu lặn hoạt động dài ngày.