Theo một nghiên cứu mới của Viện Công nghệ California (Caltech) và trường Đại học Northwestern, các màng gỉ sét (sắt oxit) mỏng có thể sản xuất điện khi nước mặn chảy qua. Đây là phương pháp sản xuất điện hoàn toàn mới và có thể được sử dụng để phát triển các phương thức mới sản xuất điện theo hướng bền vững.

Tương tác giữa hợp chất kim loại và nước mặn thường tạo ra điện, nhưng đây là kết quả của phản ứng hóa học, trong đó một hoặc nhiều hợp chất được chuyển đổi thành hợp chất mới. Các phản ứng đó đang diễn ra bên trong pin. Tuy nhiên, hiện tượng do Tom Miller, giáo sư hóa học tại Caltech và Franz Geiger, giáo sư hóa học tại trường Đại học  Northwestern lại không liên quan đến các phản ứng hóa học, mà là sự chuyển đổi động năng của dòng chảy nước mặn thành điện.

Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng điện động học, đã được quan sát thấy trước đây trong các màng graphene mỏng - các tấm nguyên tử cacbon được sắp xếp trong mạng tinh thể lục giác và mang lại hiệu quả rõ rệt. Hiệu suất chuyển đổi động năng thành điện đạt khoảng 30%. Trong khi đó, các tấm pin mặt trời tốt nhất chỉ khoảng 20%. Tuy nhiên, rất khó để chế tạo màng graphene và mở rộng quy mô sử dụng. Màng oxit sắt mới tương đối dễ sản xuất và có thể mở rộng đến kích thước lớn hơn.

Mặc dù gỉ sét sẽ tự hình thành trên hợp kim sắt, nhưng nhóm nghiên cứu cần đảm bảo sự hình thành của nó trong một lớp mỏng chắc chắn. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã sử dụng quy trình lắng đọng hơi vật lý (PVD), biến vật liệu rắn thông thường, trong trường hợp này là oxit sắt, thành hơi ngưng tụ trên bề mặt mong muốn. PVD đã cho phép tạo nên lớp oxit sắt dày 10 nanomet, mỏng hơn khoảng 10 nghìn lần sợi tóc người. Khi lấy sắt tráng gỉ và cho dung dịch nước mặn có nồng độ khác nhau chảy trên đó, nhóm nghiên cứu đã thấy sự xuất hiện của vài chục milivol và vài microamp trên mỗi cm² gỉ sét.

"Như vậy, các bề mặt có diện tích 10m²/bề mặt sẽ tạo ra vài kilowatt điện mỗi giờ, đủ cho cho một hộ gia đình bình thường ở Hoa Kỳ sử dụng", GS. Miller nói. "Tất nhiên, trước mắt, loại màng mới có triển vọng cho các ứng dụng tiêu tốn ít năng lượng như cho các thiết bị công suất thấp dùng ở vùng sâu, vùng xa".

Cơ chế sản xuất điện rất phức tạp, liên quan đến sự hấp thụ và khử hấp thụ ion, nhưng về cơ bản là như sau: Các ion trong nước mặn hút các điện tử trong sắt nằm bên dưới lớp gỉ sét. Khi nước mặn chảy, các ion đó cũng di chuyển và nhờ lực hấp dẫn đó, chúng kéo các điện tử theo và tạo ra dòng điện. Theo GS. Miller, hiệu ứng này có ích trong các điều kiện cụ thể khi có các dung dịch muối chuyển động như trong đại dương hoặc cơ thể con người.

GS. Miller cho rằng: "Ví dụ, năng lượng thủy triều hoặc những thứ nhấp nhô ở đại dương như phao, có thể được sử dụng để chuyển đổi điện năng một cách thụ động. Trong cơ thể của bạn, nước muối chảy trong tĩnh mạch theo các xung định kỳ và có thể được dùng để sản xuất điện cấp cho mô cấy”.

Nghiên cứu đã được công bố trên Kỷ yếu của Viện hàn lâm khoa học quốc gia Hoa Kỳ vào ngày 29/7/2019.

N.T.T (NASATI), theo https://phys.org/news/2019-07-ultra-thin-layers-rust-electricity.html, 30/7/2019